Thấu kính mỏng
Thấu kính mỏng đổi hướng tia sáng bằng khúc xạ. Hình dựng tia cho ta hình học trước; sau đó phương trình thấu kính biến hình học đó thành khoảng cách ảnh và độ phóng đại. Điều quan trọng là chọn một quy ước dấu và dùng nhất quán.
Thấu kính hội tụ và phân kỳ
Theo quy ước trên trang này, thấu kính hội tụ có tiêu cự dương và đưa chùm tia song song tới một tiêu điểm thật. Thấu kính phân kỳ có tiêu cự âm và làm chùm song song tỏa ra như thể xuất phát từ tiêu điểm phía tới.
Hãy theo dõi tia trước khi xử lý dấu. Với thấu kính hội tụ, tia song song trục chính đi qua tiêu điểm phía bên kia; tia gần trục qua quang tâm gần như truyền thẳng trong mô hình thấu kính mỏng.
Ba tia đặc biệt
Ba tia thường dùng cho thấu kính hội tụ là: song song trục chính rồi qua tiêu điểm xa; qua tiêu điểm gần rồi ló song song trục; qua quang tâm gần như không lệch. Chỉ cần hai tia được chọn tốt là đủ xác định ảnh.
Với thấu kính phân kỳ, tia song song ló ra tỏa rộng. Kéo dài các tia ló ngược về phía vật, chúng gặp nhau ở phía vật và cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn đối với vật thật.
Phương trình thấu kính mỏng và độ phóng đại
1/f = 1/dₒ + 1/dᵢ m = hᵢ/hₒ = −dᵢ/dₒ
Quan hệ là 1/f = 1/dₒ + 1/dᵢ, còn độ phóng đại ngang m=hᵢ/hₒ=−dᵢ/dₒ.
Với quy ước này, dᵢ>0 là ảnh thật, dᵢ<0 là ảnh ảo; m<0 là ảnh ngược chiều và m>0 là ảnh cùng chiều. Dấu từ phép tính phải phù hợp hình học của hình dựng tia.
Máy tính thấu kính mỏng
Quy ước: f>0 hội tụ, f<0 phân kỳ; vật thật dₒ>0, ảnh thật dᵢ>0.
Vị trí vật làm thay đổi loại ảnh
Với thấu kính hội tụ, vật ở ngoài tiêu điểm có thể cho ảnh thật ngược chiều; vật ở trong tiêu cự cho ảnh ảo, cùng chiều và phóng đại. Thấu kính phân kỳ lý tưởng với vật thật cho ảnh ảo, cùng chiều, thu nhỏ.
Ảnh thật có thể hứng trên màn vì các tia thực sự hội tụ tại đó. Ảnh ảo không thể hứng trên màn đặt ở vị trí biểu kiến vì chỉ các đường kéo dài ngược của tia mới gặp nhau.
Dự đoán bằng hình tia trước khi tính
Trước khi thay số, hãy dựng ít nhất hai tia và dự đoán ảnh thật hay ảo, cùng hay ngược chiều, lớn hay nhỏ. Nếu dấu tính được không khớp dự đoán, hãy kiểm tra quy ước dấu thay vì ép kết quả theo trực giác.
Mô hình thấu kính mỏng bỏ qua bề dày và quang sai. Thấu kính thực có quang sai cầu, quang sai sắc; hệ quang học ghép nhiều phần tử để kiểm soát chúng. Khi bề dày nhỏ so với khoảng cách vật và ảnh, phương trình đơn giản vẫn là mô hình rất tốt.
Ví dụ có lời giải
1. Ảnh thật qua thấu kính hội tụ
f=+10 cm, dₒ=30 cm. Tính dᵢ và m.
Lời giải
1/dᵢ=1/10−1/30=1/15 nên dᵢ=+15 cm. m=−0,50: ảnh thật, ngược chiều, cao bằng nửa vật.
2. Vật nằm trong tiêu cự
Vẫn f=+10 cm nhưng dₒ=5,0 cm.
Lời giải
1/dᵢ=1/10−1/5=−1/10 nên dᵢ=−10 cm, ảnh ảo. m=+2, cùng chiều và lớn gấp đôi.
3. Thấu kính phân kỳ
f=−12 cm, dₒ=+24 cm.
Lời giải
1/dᵢ=−1/12−1/24=−1/8 nên dᵢ=−8,0 cm, ảnh ảo phía vật.