Độ tụ và tiêu cự của thấu kính hội tụ là kiến thức quan trọng trong Vật lý 11. Một trong những câu hỏi thường thấy của bài học này là Nhận định nào không đúng về độ tụ và tiêu cự của thấu kính hội tụ? Hãy xem bài viết sau đây để biết câu tră lời.
Mục lục bài viết
1. Nhận định nào không đúng về độ tụ và tiêu cự của thấu kính hội tụ?
Câu hỏi: Nhận định nào không đúng về độ tụ và tiêu cự của thấu kính hội tụ?
A. Đơn vị của độ tụ là đi ốp (dp).
B. Tiêu cự của thấu kính hội tụ có giá trị dương.
C. Độ tụ của thấu kính đặc trưng cho khả năng hội tụ ánh sáng mạnh hay yếu.
D. Tiêu cự của thấu kính càng lớn thì độ tụ của kính càng lớn.
– Đáp án: D. Tiêu cự của thấu kính càng lớn thì độ tụ của kính càng lớn.
– Giải thích:
Đây là một câu hỏi trắc nghiệm về độ tụ và tiêu cự của thấu kính hội tụ trong vật lý. Để trả lời câu hỏi này, ta cần hiểu rõ các khái niệm sau:
– Độ tụ của thấu kính là nghịch đảo của tiêu cự, có đơn vị là đi ốp (dp) hoặc mét nghịch (m^-1^). Độ tụ cho biết khả năng hội tụ ánh sáng của thấu kính: độ tụ càng lớn thì khả năng hội tụ ánh sáng càng mạnh, và ngược lại.
– Tiêu cự của thấu kính là khoảng cách từ tâm thấu kính đến tiêu điểm, có đơn vị là mét (m). Tiêu điểm là điểm mà các tia sáng song song với trục chính sau khi qua thấu kính sẽ giao nhau. Tiêu cự của thấu kính hội tụ luôn có giá trị dương, còn tiêu cự của thấu kính phân kỳ luôn có giá trị âm.
Dựa vào các khái niệm trên, ta có thể nhận ra nhận định không đúng là D. Tiêu cự của thấu kính càng lớn thì độ tụ của kính càng lớn. Thực tế, khi tiêu cự của thấu kính tăng lên thì độ tụ của kính giảm đi, và ngược lại.
2. Tiêu cự là gì?
Tiêu cự là một khái niệm quang học quan trọng trong nhiếp ảnh, liên quan đến mức độ phóng đại của ống kính máy ảnh. Tiêu cự được định nghĩa là khoảng cách từ quang tâm của ống kính đến tiêu điểm, nơi các tia sáng song song sau khi qua ống kính hội tụ lại, được đo bằng đơn vị milimet (mm) và được ghi trên thân ống kính.
Tiêu cự có ảnh hưởng đến nhiều yếu tố trong nhiếp ảnh, như phạm vi tầm nhìn, độ sâu trường ảnh, góc nhìn, tốc độ màn trập và độ rung khi chụp. Tiêu cự càng lớn, khả năng phóng đại càng cao, nhưng phạm vi tầm nhìn càng hẹp, độ sâu trường ảnh càng thấp, góc nhìn càng chật, tốc độ màn trập và độ rung khi chụp càng yêu cầu cao.
Có hai loại ống kính chính theo tiêu cự: ống kính zoom và ống kính fix. Ống kính zoom là loại có thể thay đổi được tiêu cự trong một khoảng nhất định, ví dụ như 18-55mm hay 70-200mm. Ống kính fix là loại chỉ có một tiêu cự duy nhất, ví dụ như 35mm hay 50mm. Mỗi loại ống kính có những ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các mục đích và phong cách chụp khác nhau.
Các ứng dụng thực tế của tiêu cự bao gồm:
– Trong nhiếp ảnh, tiêu cự quyết định độ rộng của khung hình và độ sâu trường. Tiêu cự ngắn cho góc nhìn rộng và độ sâu trường lớn, trong khi tiêu cự dài cho góc nhìn hẹp và độ sâu trường nhỏ. Tiêu cự ngắn thường được sử dụng để chụp phong cảnh, kiến trúc hoặc nhóm người, trong khi tiêu cự dài thường được sử dụng để chụp chân dung, thể thao hoặc động vật hoang dã.
– Trong thiết bị quang học, tiêu cự quyết định khả năng tập trung ánh sáng của thấu kính. Tiêu cự ngắn cho phép thu thập nhiều ánh sáng hơn và tạo ra hình ảnh sáng hơn, trong khi tiêu cự dài cho phép tập trung ánh sáng vào một điểm nhỏ hơn và tạo ra hình ảnh rõ nét hơn. Tiêu cự ngắn thường được sử dụng trong kính thiên văn, kính viễn vọng hoặc máy chiếu, trong khi tiêu cự dài thường được sử dụng trong kính lúp, kính hiển vi hoặc máy quét.
– Trong y học, tiêu cự có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tầm nhìn của người bệnh. Tiêu cự của mắt là khoảng cách từ màng lưới đến điểm tiêu khi mắt nhìn rõ một vật ở vô cực. Tiêu cự của mắt có thể bị sai lệch do các bệnh lý như cận thị, viễn thị hoặc loạn thị. Để khắc phục điều này, người bệnh có thể đeo kính hoặc đeo kính áp tròng có tiêu cự phù hợp để giúp mắt tập trung ánh sáng vào màng lưới.
3. Thí nghiệm về tiêu cự của thấu kính hội tụ:
Hầu hết các dụng cụ quang học thông dụng đều có một hoặc nhiều thấu kính bên trong. Cho dù đó là kính hiển vi, kính viễn vọng hay thậm chí là kính lúp đơn giản, yếu tố quan trọng nhất là thấu kính. Sự hình thành ảnh bởi thấu kính là một trong những nghiên cứu quan trọng nhất trong lĩnh vực quang học. Đặc biệt, thí nghiệm này sẽ đo tiêu cự của cả thấu kính dương và thấu kính âm, đồng thời kiểm tra sự kết hợp của thấu kính mỏng.
– Mục tiêu:
Khi hoàn thành hoạt động thử nghiệm này, chúng ta có thể:
+ Xác định độ dài tiêu cự.
+ Phân biệt thấu kính dương và thấu kính âm.
+ Đo tiêu cự cho một thấu kính mỏng và cho sự kết hợp của các thấu kính mỏng.
+ Phân biệt ảnh thật và ảnh ảo.
– Lý thuyết:
Khi một chùm tia sáng song song với trục chính của thấu kính chiếu tới một thấu kính hội tụ thì nó sẽ hội tụ tại một điểm gọi là tiêu điểm chính của thấu kính. Khoảng cách từ tiêu điểm chính đến tâm thấu kính là tiêu cự của thấu kính; tiêu cự của thấu kính hội tụ là dương và tiêu cự của thấu kính phân kỳ là âm.
Mối quan hệ giữa khoảng cách vật (p), khoảng cách ảnh (q) và tiêu cự (f) của thấu kính mỏng được cho bởi phương trình thấu kính:
(1)
Độ phóng đại do thấu kính tạo ra (độ phóng đại tuyến tính) được định nghĩa là tỷ lệ giữa chiều cao của hình ảnh và chiều cao của vật thể. Điều này có thể được chứng minh bằng cách sử dụng hình học cho các hình tam giác giống nhau, bằng tỷ lệ giữa khoảng cách hình ảnh và khoảng cách vật thể. Như vậy
(2)
Tiêu cự chính của thấu kính hội tụ có thể được xác định bằng cách tạo ảnh của một vật ở rất xa trên màn và đo khoảng cách từ thấu kính đến màn. Khoảng cách này sẽ là tiêu cự, vì các tia sáng từ một vật ở rất xa gần như song song. Một phương pháp chính xác hơn để xác định tiêu cự của thấu kính dương là đo khoảng cách ảnh tương ứng với khoảng cách vật phù hợp và đã biết, đồng thời tính tiêu cự từ phương trình thấu kính (1).
Khi hai thấu kính mỏng tiếp xúc nhau, tiêu cự tương đương của tổ hợp này có thể được đo bằng thực nghiệm bằng một trong các phương pháp trên. Nó cũng có thể được tính theo các tiêu cự riêng lẻ như sau:
(3)
trong đó feq là tiêu cự tương đương của tổ hợp thấu kính và f1 và f2 là tiêu cự của hai thấu kính tạo nên tổ hợp thấu kính.
Thấu kính lõm không thể tạo ra ảnh thật trên màn vì nó là thấu kính phân kỳ. Do đó, phải sử dụng một phương pháp khác để đo tiêu cự của nó. Điều này được thực hiện bằng cách đặt thấu kính âm tiếp xúc với thấu kính dương có tiêu cự ngắn hơn có tiêu cự đã biết. Tiêu cự tương đương của tổ hợp này có thể được đo bằng thực nghiệm và tiêu cự của thấu kính âm được tính bằng phương trình (3).
– Các bước thí nghiệm:
Có một số ống kính tại nơi làm việc của bạn. Hai trong số đó là thấu kính lõm đôi và phần còn lại là thấu kính lồi kép. Lấy một trong các thấu kính lồi và đo tiêu cự của nó bằng cách tập trung một vật ở xa hoặc nguồn sáng lên màn hình. Sử dụng một vật cách ống kính bốn mét trở lên để thực hiện việc này một cách chính xác. Đo khoảng cách từ thấu kính đến màn ảnh, tại đó ảnh được lấy nét rõ bằng tiêu cự của thấu kính. Ghi lại khoảng cách vào bảng dữ liệu. Làm tương tự cho mỗi thấu kính lồi ở vị trí của bạn.
Bây giờ xác định tiêu cự của từng thấu kính bằng một phương pháp khác, sử dụng phương trình thấu kính (1). Lấy thấu kính lồi có tiêu cự ngắn nhất và đặt nó vào giá đỡ thấu kính trên băng ghế quang. Đặt nguồn sáng và vật lưới ở một đầu của băng ghế quang, đồng thời đặt màn hình bìa cứng màu trắng ở khoảng cách khoảng 5 lần tiêu cự của thấu kính so với vật, thấu kính nằm giữa vật và màn. Để vật và màn cố định, đồng thời di chuyển thấu kính dọc theo băng ghế cho đến khi hình ảnh rõ nét của vật dạng lưới trên màn. Đo khoảng cách giữa vật và thấu kính, giữa thấu kính và màn hình, sau đó ghi lại những khoảng cách này vào bảng dữ liệu. Ngoài ra, hãy đo kích thước của hình ảnh trên màn hình.
Với vật và màn vẫn cố định ở cùng một vị trí, hãy di chuyển thấu kính qua lại dọc theo băng quang cho đến khi tìm được vị trí khác nơi hình ảnh sắc nét được hình thành trên màn. Ghi lại khoảng cách vật thể và hình ảnh cho vị trí này, cũng như kích thước hình ảnh.
Lặp lại quy trình này cho từng thấu kính lồi tại trạm của bạn. Ghi lại dữ liệu cho từng ống kính một cách có tổ chức để phân tích sau này. Ngoài ra, hãy chọn bất kỳ hai thấu kính lồi nào và cẩn thận đặt chúng vào một giá đỡ thấu kính duy nhất. Lặp lại quy trình đo tiêu cự cho tổ hợp thấu kính này. Cuối cùng, đặt thấu kính lõm và thấu kính lồi có tiêu cự ngắn nhất lại với nhau trong giá đỡ thấu kính và đo tiêu cự của sự kết hợp này.
– Phân tích:
Sử dụng phương trình thấu kính (1), tính tiêu cự của từng thấu kính hoặc tổ hợp thấu kính. Vì đã tìm thấy hai vị trí lấy nét cho mỗi thấu kính, nên tính toán hai giá trị tiêu cự cho mỗi thấu kính từ dữ liệu. Tính trung bình hai giá trị này. So sánh, sử dụng chênh lệch phần trăm, giá trị trung bình này với giá trị tìm được bằng cách lấy nét một vật ở xa. Chúng ta có thể nhận thấy điều gì về khoảng cách vật và ảnh ở hai vị trí của cùng một thấu kính?
Đo kích thước của đối tượng lưới và tính độ phóng đại theo tỷ lệ giữa kích thước hình ảnh và kích thước đối tượng cho từng bộ dữ liệu mà bạn có. So sánh tỷ lệ này với tỷ lệ khoảng cách hình ảnh và khoảng cách đối tượng (phương trình 2), sử dụng chênh lệch phần trăm cho mỗi tập dữ liệu. Hãy quan sát kỹ hai độ phóng đại ở hai vị trí của cùng một thấu kính. Mối quan hệ giữa các độ phóng đại này là gì?
Từ tổ hợp thấu kính sử dụng thấu kính lõm hãy tính tiêu cự của thấu kính lõm (âm). Giá trị đại số từ phép tính là âm, đó là lý do tại sao nó được gọi là thấu kính âm. Tại sao lại không thể tự đo tiêu cự của thấu kính lõm này?
– Tóm tắt:
Báo cáo giá trị tốt nhất mà cho tiêu cự của từng thấu kính, kể cả thấu kính lõm. Báo cáo bất kỳ mối quan hệ nào mà bạn đã quan sát được trong quá trình phân tích và nhận xét về sự khác biệt giữa hai lăng kính.
