Bài giảng Môn Vật lý lớp 11 - Bài 06 - 07 - Thấu kính mỏng

Tiết : 	 
Bài 06 - 07 
THẤU KÍNH MỎNG
MỤC TIÊU : 
Cần nắm vững các điểm sau
Cấu tạo của thấu kính
Phân loại thấu kính : Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.
Các yếu tố của thấu kính (đường kính khẩu độ, quang tâm, trục chính, trục phụ, tiêu điểm, tiêu cự, tiêu điểm, độ tụ).
Điều kiện cho ảnh rõ của thấu kính.
Phân biệt được sự khác nhau về tiêu điểm, tiêu diện, tiêu cự của hai loại thấu kính.
Nắm được đường đi của tia sáng qua hai loại thu kính (đối với các tia dặc biệt cũng như với các tia bất kì) và sự tạo ảnh của một vật cho bởi thấu kính.
Hiểu về quang sai : cầu sai – sự biến dạng của ảnh.
Biết cách vẽ đường đi của tia sáng qua hia loại thấu kính.
Biết xác định ảnh của một vật bằng cách vẽ các tia sáng.
Biết vận dụng các công thức trên để xác định vị trí của vật(hay ảnh), tính độ phóng đại của ảnh và độ tụ của thấu kính.
Nhận ra các điểm giống nhau và các điểm khác nhau khi vẽ đường đi của tia sáng qua hia loại thấu kính.
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Phương pháp thực nghiệm và nêu vấn đề … 
THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC : 
Một kính lúp ; Một hoặc hai con tem
Ba thấu kính hội tụ (hai mặt lồi , mặt lồi – mặt lõm , mặt lồi – mặt phẳng )
Ba thấu kính phân kì (hai mặt lõm , mặt lõm – mặt lồi, mặt lõm – mặt phẳng )
IV. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY Ê
Phân phối thời gian
Phần làm việc của Giáo Viên
Hoạt đông của học sinh
Ghi chú
Nội dung ghi bảng
Tổ chức , điều khiển
Kiểm tra bài cũ và kiến thức cũ liên quan với bài mới (5’)
CÂ1U Tạo , đường đi củatia sáng qua lăng kính
Công thức của lăng kính
Biến thiên góc lệch theo góc
Trả lời câu hỏi ,làm bài tập 1,2,3,4,5trang 33 SGK
Kiểm tra và đánh giá 
Nghiên cứu bài mới
Định nghĩa 
Định nghĩa Thấu kính là một khối trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt phẳng và một mặt cầu.
Phân loại :
Thấu kính mép mỏng gọi là thấu kính hội tụ.
Thấu kính mép dày gọi là thấu kính phân kì.
Định nghĩa các yếu tố của thấu kính .
R1, R2 : Bán kính các mặt cầu (mặt phẳng được coi là có bán kính vô cực)
C1C2 : Trục chính. , là đường thẳng nối các tâm của hai mặt cầu (hoặc đi qua tâm của mặt câu và vuông góc với mặt phẳng) 
: Quang tâm thấu kính (O là điểm mà trục chính cắt thấu kính).
: Trục phụ Đường thẳng bất kì đi qua quang tâm O 
được gọi là đường kính mở hay đường kính khẩu độ.
Ta chỉ xét các thấu kính mỏng và trong không khí .
Tính chất của quang tâm
Một tia sáng bất kì qua quang tâm thì truyền thẳng.
Điều kiện để cóảnh rõ nét điều kiện tương điểm 
Các tia sáng tới thấu kính phải lập một góc nhỏ với trục chính. Trong điều kiện này ứng với một điểm vật chỉ có một điểm ảnh rõ nét.
Cho HS xem một kính lúp hỏi HS công dụng của kính lúp Cho HS biết kính lúp cũng là một loại kính hội tụ 
Yêu cầu quan sát hình dạng của thấu kính nàyè HS đưa ra một ĐN cho thấu kính 
Sửa lại hoặc bổ sung các ĐN của HS
Giới thiệu mô hình ,nêu định nghĩa một cách tổng quát
 Cho HS quan sát từng loại thấu kính và đề nghị nhận xét những điểm giống nhau và khác nhau giữa các loại thấu kính 
Gợi ý cho HS đưa ra cách phân loại thấu kính
Đưa ra cách phân loại và Định nghĩa các yếu tố của thấu kính .giải thích tại sao lấy bán kính mặt phẳng là vô cực 
Giải thích cho học sinh tại sao thấu kính mép mỏng được gọi là thấu kính hội tụ, tại sao thấu kính mép dày được gọi là thấu kính phân kì..
Nêu tính chất của quang tâm và điều kiện để có ảnh rõ nét
Chú ý : đây là điều kiện quan trọng 
Để có điều kiện này ta có thể làcách nào ?
GV : Bằng một tấm bìa chắn sáng, trên đó có đục một lỗ thủng tròn, được đặt trước thấu kính. 
Trong trường hợp này, đường kính khẩu độ
 bằng đường kính lỗ tròn .Nghĩa là
Thu nhỏ đường kính khẩu độ của thấu kính (Cáh này cũng dùng cho gương cầu )
Quan sát và trả lời
Nhóm hội ý và đưa ra định nghĩa 
 Ghi nhớ
Quan sát và ghi nhớ 
Nhóm quan sát ,thảo luận và cho ý kiến
Thống nhất chọn ý kiến chung 
Ghi nhớ
Ghi nhớ
HS : ta có thể giới hạn chùm tia tới thấu kính
Cá nhân suy nghỉ vàghi nhớ
Tiêu điểm.Tiêu diện.Tiêu cự 
Tiêu điểm ảnh chính 
Thí nghiệm : Dùng thí nghiệm để xác định tiêu điểm ảnh chính
Tiêu điểm ảnh chính : Vị trí của điểm sáng trên truc chính khi chùm tia tới song song ới trục chính Giao điểm của các tia ló (hay đường kéo dài của các tia ló ) khi chùm tia tới song song ới trục chính . Kí hiệu : F’
Vị trí tiêu điểm ảnh chính
Thấu kính hội tụ : Nằm phía tia ló.
Thấu kính phân kì : Nằm phía tia tới .
Tiêu điểm vật chính 
Thí nghiệm : Dùng thí nghiệm để xác định tiêu điểm vậït chính
Tiêu điểm vật chính (tiêu điểm vật) : Vị trí của nguồn sáng điểm để có chùm sáng ló song song với trục chính Giao điểm của các tia tới (hay đường kéo dài của các tia tới) khi chùm tia ló song song ới trục chính . . Vị trí tiêu điểm vật chính
Thấu kính hội tụ : Nằm phía tia tới
. Thấu kính phân kì : Nằm phía tia ló.
Tiêu điểm F và F’ đối xứng với nhau qua quang tâm.
3) Tiêu diện. Tiêu diện phụ
Tiêu diện vật : Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm vật F 
Tiêu diện ảnh : Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm ảnh chính F’ 
Tiêu điểm vật phụ : Điểm cắt của một trục phụ bất kì với tiêu diện vật 
Tiêu điểm ảnh phụ.: Điểm cắt của một trục phụ bất kì với tiêu diện ảnh 
Chiếu một chùm tia song song với một trục phụ D thì các tia ló sẽ cắt nhau tại điểm F’1 ( Tiêu điểm ảnh phu)ï
Nếu đặt một nguồn sáng điểm (hay một điểm sáng ảo ứng với tại một tiêu điểm phụ F’1 thì chùm tia sáng ló ra khỏi thấu kính là một chùm tia song song với trục phụ ïD 
Tiêu cự
Định nghĩa : Tiêu cự là độ dài đại số ,được kí hiệu f, có trị số tuyệt đối bằng khoảng cách từ các tiêu điểm tới quang tâm thấu kính.
Công thức : |f| = OF = OF’ (6.1)
Quy ước : 
f > 0 với thấu kính hội tụ.
f <0 với thấu kính phân kì
Tiêu điểm ảnh chính 
Thí nghiệm
GV : Tiến hành thí nghiệm Chiếu một chùm tia sáng song song với trục chính tới một thấu kính hội tụ (cách đơn giản nhất là dùng thấu kính này để hứng chùm sáng song song từ mặt trời). 
Dùng một màn E để hứng chùm sáng ló 
Hãy nhận xét hình ảnh trên màn
GV: Hãy nhận xét hình ảnh trên màn khi tiếp tục cho di chuyển màn E 
GV: Vị trí điểm sáng này được gọi là tiêu điểm ảnh chính F’, thường gọi tắt là tiêu điểm ảnh.
Làm thí nghiệm với thấu kính phân kì
Với thấu kính phân kì, tiêu điểm ảnh F’ nằm phía tia tới.
Tiêu điểm vật chính
Thí nghiệm
GV : Đặt một nguồn sáng điểm trên trục ch1nh của một thấu kính hội tụ và hứng chùm sáng ló trên một màn ảnh E . Các em hãy di chuyển nguồn sáng điểm này dọc theo trục chính và tìm xem có vị trí nào vệt sáng tròn trên màn E có đường kính bằng đường kính khẩu độ của thấu kính không ?
 GV : Muốn có hình ảnh đó thì chùm sáng ló phải như thế nào ?
GV : Ta có thể kiểm tra lại điều này bằng cách đi chuyển màn E ra xa hay lại gần thấu kính, ta sẽ thấy kích thước của vệt sáng trên màn E không đổi.Vị trí của nguồn sáng điểm để có chùm sáng ló song song với trục chính như trên được gọi là tiêu điểm vật chính, hay gọi tắt là tiêu điểm vật của thấu kính, được kí hiệu là F.
GV : Tiến hành với thấu kính phân kì , khi chiếu tới thấu kính một chùm tia hội tụ , cho HS di chuyển thấu kính đến khi tìm được vị trí vệt sáng tròn trên màn E có đường kính bằng đường kính khẩu độ của thấu kính.
GV : Đó chính là tiêu điểm vật ch1nh hay gọi tắt là tiêu điểm vật của thấu kính phân kì. 
Chú ý : Các định nghĩa về F vàF’ áp dụng cho cả hai loại thấu kính hội tụ lận phân kì
Tiêu diện. Tiêu diện phụ
GV : Minh hoạt bằng hình vẽ Giới thiệu tên gọi các thành phần đặc biệt của thấu kính .
* Tiêu cự 
Thông báo 
GV : Nêu định nghĩa , công thức
Chú ý : Qui ước dấu
Quan sát và nhận xét
HS :Ta được một vệt sáng hiện trên màn E. 
HS : Có một vị trí đặt biệt lúc này vệt sáng nhỏ và sáng nhất. 
Ghi nhớ 
Quan sát và nhận xét
Không có điểm sáng trên màn E 
Thực hiện thí nghiệm quan sát 
Ta thấy xuất hiện một vị trí vệt sáng tròn trên màn E có đường kính bằng đường kính khẩu độ của thấu kính
 HS :Khi đó chùm sáng ló là chùm song song 
Ï
Quan sát và ghi nhớ
HS : Ta tìm được một vị trí F trên trục chính của điểm hội tụ để chùm tia lo ra khỏi thấu kính chũng là thủm tia song song với trục chính Điểm F nằm cùng phia với chùm tia ló 
Quan sát và ghi nhớ
Ghi nhớ
Đường đi của tia sáng qua thấu kính
Các tia đặc biệt 
Tia tới song song với trục chính, tia ló tương ứng (hoặc đường kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh chính F’.
Tia tới (hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm vật chính F, tia ló tương ứng song song với trục chính.
Tia tới qua tâm O thì đi thẳng 
Cách vẽ tia ló ứng với một tia tới bất kì 
Xét một tia tới bất kì SI, ta có thể vẽ tia ló tương ứng theo các cách sau:
Cách 1:
Vẽ trục phụ song song với tia tới SI.
Vẽ tiêu diện ảnh, cắt trục phụ nói trên tại một tiêu diện phụ là F’1.
Từ I vẽ tia ló đi qua F’1 
Cách 2:
Vẽ tiêu diện vật, cắt tia tới SI tại một tiêu điểm vật phụ là F1.
Vẽ trục phụ đi qua F1.
Vẽ tia ló song song với trục trên .
Trình bày các bước vẽ
Ghi nhớ
Yêu cầu HS trả lới câu hỏi H1
Xác định ảnh bằng cách vẽ đường đi của tia sáng 
Xác định ảnh bằng cách vẽ đường đi của tia sáng 
Xét một vật nhỏ, phẳng AB được đặt vuông góc với trục chính. Giả sử A ở trên trục chính. 
Trước hết, xác định ảnh B’ 
Để xác định ảnh B’, từ B vẽ đường đi tia sáng của hai trong các tia đặc biệt. Aûnh B’ là giao điểm của các tia ló 
Từ B’ hạ đường thẳng góc xuống trục chính, ta được ta được ảnh A’B’ của vật AB. 
Aûnh của một vật qua thấu kính hội tụ
Khi vật A1B1 ngoài tiêu điểm, ảnh A’1B’1 là ảnh thật ngược chiều 
Khi vật A2B2 ở trong tiêu điểm, ảnh A’2B’2 là ảnh ảo, cùng chiều.
Khi vật ở tiêu điểm, ảnh ở vô cực.
Độ tụ
Định nghĩa 
Độ tụ là một đại lượng dùng để xác định khả năng làm hội tụ chùm tia nhiều hay ít .
Công thức :
Đơn vị : điôp (với tiêu cự f tính ra met)
Qui ước dấu :
Với thấu kính hội tụ, D > 0.
Với thấu kính phân kì, D < 0.
Công thức tính độ tụ của thấu kính 
Công thức
Trong đó,
n : chiết suất tỉ đối của vật liệu làm thấu kính đối với môi trường xung quanh thấu kính.
R1, R2 : Bán kính của các mặt thấu kính, 
Quy ước : 
R1, R2 > 0 với các mặt lồi,
R1, R2 < 0 với các mặt lõm,
R1 (hay R2) = ¥ với mặt phẳng.
Ýù nghĩa : 
Độ tụ D càng lớn khả năng hội tụ chùm tia sáng đi qua thấu kính càng mạnh. 
Thấu kính phân kì có độ tụ âm.
Công thức thấu kính 
Để thành lập công thức liên hệ giữa các vị trí của vật và ảnh, ta xét trường hợp vật thật, ảnh thật như trên 
Xét các tam giác đồng dạng BIJ và FOJ, ta có :
Xét các tam giác đồng dạng B’IJ và F’OJ, ta có :
cộng hai phương trình vế với vế, ta được:
Để lập công thức liên hệ giữa các độ lớn của ảnh và vật ta chia vế với vế hai phương trình đầu tiên ở trên, ta được :
Mà OJ + OI = JI, suy ra :
Để lập công thức liên hệ giữa các độ lớn của ảnh và vật ta chia vế với hai phương trình đầu tiên ở trên, ta được :
Để tổng quát hoá các công thức trên, ta thay các khoảng cách hình học bằng các trị đại số với quy ước như sau :
OA è d ; OA’ è d’ ; OF è f
d > 0 với vật thật,
d’ > 0 với ảnh thật,
f > 0 với thấu kính hội tụ.
f < 0 với thấu kính phân kì.
d < 0 với vật ảo 
d’ < 0 với ảnh ảo.
Ta được các công thức tổng quát sau, áp dụng cho mọi trường hợp, cho cả hai loại thấu kính hội tụ và phân kì.
Độ phóng đại được định nghĩa là :
ta có
Chú ý :
Nếu ảnh và vật cùng chiều, k > 0.
Nếu ảnh và vật ngược chiều, k < 0.
Thông tin
Nhấn mạnh ý nghĩa 
Chu ùý: 
Qui ước về dấu
Mối tương quan giữa hai đa lượng f vàĐ
n là chiết suất tuyệt đối của thấu kính , nếu thấu kính nằm trong môitrươg không phải là không khí thì n là chiết suất tỉ đối của thấu kính với môi trươg ngoài
Làm bài tập áp dụng và so sánh kết quả với cách vẽ
Ghi nhớ
Ghi nhớ
HS hợp tác 
Quang sai 
Cầu sai 
Cầu sai xảy ra là do chùm tia tới thấu kính không thỏa mãn điều kiện tương điểm.
Xét một chùm tia rông, từ một nguồn điểm S, tới một thấu kính hội tụ. Các tia gần trục, sau khi qua thấu kính sẽ hội tụ tại một điểm S’, các tiaở mép của chùm tia sẽ hội tụ tại điểm S’’ gần quang tâm hơn (hình 6.24). Các tiaở khoảng giữa hội tụ tại các điểm nằm trong khoảng S’S’’. Như vậy chùm tia ló, ứng với chùm tia tới xuất phát từ một điểm S, không cắt nhau tại cùng một điểm ảnh, nên ảnh sẽ không rõ nét.
Nếu hứng ảnh của S lên một màn E, ta được một hình tròn sáng, kích thước của hình tròn sáng này nhỏ nhất tại K.
Với thấu kính phân kì, các tia sáng đi gần mép thấu kính bị phân kì mạnh hơn, cho ảnh tại S’’, sác tiađi gần trục cho ảnh tại S’. Ta được nhiều điểm ảnh ở trên một đoạn sáng có chiều dài S’S’’ 
Sự biến dạïng của ảnh
 Là hiện tượng quang sai do độ phóng đại sủa thấu kính không điều nhau đối với các tia sáng đi gần trục hay xa trục của thấu kính.
Uùng dụng của thấu kính 
máy ảnh, óng nhòm. kính lúp (để quan sát các vật nhỏ), kính hiển vi (để quan sát các vi thể), kính thiên văn (để quan sát các thiên thể),kính tụ quang trong các đèn chiếu, dụng cụ đo quang học….. nhằm biến chùm tia sáng phân kì thành chùm song song. 
Cho thêm vài thí dụ
Củng cố bài giảng Dặn dò của học sinh
(5’)
Yêu cầu nhắc lại :
Nhấn mạnh các nội dung quan trọng .
Trả lời câu hỏi và làm bài tập SGK
Chuẩn bị bài mới” Kính lúp “
{{{{{{{{{{ ] {{{{{{{{{{