Ánh sáng mặt trời khi chiếu tới Trái Đất không có khả năng làm cháy lá khô. Nhưng nếu ta dùng kính lúp tập trung ánh sáng tại một điểm (hình 5.1) thì có thể làm cháy lá khô. Trong trường hợp này, ánh sáng truyền qua kính lúp như thế nào?
Hình 5.1. Dùng kính lúp tập trung ánh sáng
Sử dụng kiến thức đã có về ánh sáng khi đi qua thấu kính hội tụ (Khi chiếu chùm tia sáng song song tới các thấu kính khác nhau đặt trong không khí, ta thấy: • Thấu kính có rìa mỏng cho các tia ló tập trung tại một điểm (hội tụ) (hình 5.5a). Thấu kính này được gọi là thấu kính hội tụ.) và vận dụng kiến thức đã có về kính lúp là thấu kính hội tụ và ánh sáng hội tụ lại thì cường độ chiếu sáng sẽ lớn nên sẽ đốt cháy được lá khô.
Khi ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp lên Trái Đất, nó lan tỏa trên một diện tích rộng, làm ấm dần không khí và môi trường xung quanh. Điều này không đủ để tạo ra nhiệt độ cần thiết để cháy lá khô, vì nó được phân tán trên một diện tích lớn.
Tuy nhiên, khi bạn sử dụng kính lúp để tập trung ánh sáng vào một điểm nhỏ, đối với lá khô, ánh sáng được tập trung mạnh mẽ tại điểm đó. Điều này gây ra tăng nhiệt độ tại điểm tập trung, có thể đủ để làm cháy lá khô.
Vì kính lúp là thấu kính hội tụ, nên khi ánh sáng đi qua nó sẽ hội tụ tại 1 điểm và chiếu sáng lên một diện tích nhỏ hơn, làm tăng cường năng lượng tại điểm tập trung và tạo ra nhiệt độ cao hơn.
Các bài tập cùng chuyên đề
Kể một số thấu kính được sử dụng trong đời sống mà em biết.
Ngoài cách phân loại thấu kính thành thấu kính rìa mỏng và thấu kính rìa dày, dựa vào thí nghiệm, em có thể phân loại thấu kính theo cách nào?
- Dùng hình vẽ mô tả hiện tượng xảy ra.
- Thay thấu kính rìa dày bằng thấu kính rìa mỏng và lặp lại các bước thí nghiệm trên.
Theo em, kính lúp ở hình 5.1 là loại thấu kính nào?
Tìm hiểu kính của bạn bị cận đang đeo và cho biết đó là loại thấu kính nào.
Nêu cách xác định quang tâm và trục chính của thấu kính trên hình vẽ?
Dùng hình vẽ mô tả hiện tượng xảy ra và rút ra nhận xét về đường truyền của tia tới quang tâm thấu kính và tia song song với trục chính của thấu kính.
Tìm hiểu tiêu cự của thấu kính có phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng không? Vì sao?
Vẽ vào vở của em đường đi của hai tia tới thấu kính hội tụ tương ứng với hai tia ló ở hình 5.10.
Hình 5.10. Hai tia ló qua thấu kính
Hình 5.11 biểu diễn tia tới một thấu kính được đặt trong hộp kín và tia ló tương ứng. Xác định loại thấu kính ở trong hộp kín và tiêu điểm của thấu kính đó.
Hình 5.11. Một tia tới và tia ló tương ứng qua thấu kính
Để tạo ra chùm sáng có phạm vi rộng và có cường độ sáng tương đối ổn định trên toàn bộ bề rộng của chùm sáng, người ta đã chế tạo ra thấu kính Fresnel (hình 5.12). Thấu kính này có một số ưu điểm: bề mặt thấu kính rộng nhưng lại mỏng làm thấu kính có khối lượng nhỏ đồng thời làm giảm phần ánh sáng bị thấu kính hấp thụ. Thấu kính này được chế tạo từ những phần mặt cầu trong suốt được mô tả ở hình 5.13a. Thấu kính này có cùng tiêu cự với thấu kinh ở hình 5.13b nhưng mỏng hơn rất nhiều.
Em hãy tìm hiểu và giải thích sự khúc xạ của các tia sáng qua thấu kính này.
Hình 5.12. Thấu kính Fresnel
a) Mặt cắt thấu kính Fresnel b) Mặt cắt thấu kính thông thường
Hình 5.13
Lấy ví dụ về các trường hợp nhìn được ảnh của vật qua thấu kính trong thực tế.
1. Vẽ ảnh của điểm sáng S và vật sáng AB vào vở trong một số trường hợp sau:
Trong mỗi trường hợp, chỉ ra đâu là ảnh thật, đâu là ảnh ảo. Nhận xét về chiều và độ lớn của ảnh so với vật.
2. Từ kết quả xác định ảnh trong mỗi trường hợp trên, nêu điều kiện về vị trí đặt vật trước thấu kính để có ảnh thật hoặc ảnh ảo.
Tìm hiểu cách vẽ ảnh của vật sáng AB không vuông góc với trục chính của thấu kính ở hình 6.4.
Hình 6.4.
Thí nghiệm 1. Thấu kính hội tụ
• Mô tả tính chất ảnh quan sát được khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt.
Thí nghiệm 2. Thấu kính phân kì
• Mô tả tính chất ảnh quan sát được khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt.
So sánh tính chất ảnh trong các trường hợp trên với kết quả ở bảng 6.1.
Khi dịch chuyển màn chắn trong thí nghiệm trên, trường hợp nào không tìm được vị trí cho ảnh rõ nét trên màn chắn?
Với hình 6.3, chỉ ra các cặp tam giác đồng dạng. Viết các tỉ số đồng dạng của mỗi cặp tam giác đó.
1. Một thấu kính hội tụ tiêu cự f = 10 cm. Đặt vật ở đâu để thu được ảnh cao bằng vật? Nhận xét tính chất ảnh.
2. Đặt một vật cao 8 mm trước thấu kính hội tụ. Ảnh hứng được trên màn cách thấu kính 12 cm, cao 3,2 cm, vuông góc trục chính.
a) Xác định khoảng cách từ vật tới thấu kính.
b) Tìm tiêu cự của thấu kính.
Dựa vào hình vẽ, em chứng tỏ trong trường hợp vật cách thấu kính d = 2f thì ảnh cách thấu kính d' = 2f và ảnh có độ cao bằng vật.
• Trong môi trường hợp, đặt mắt ở vị trí thích hợp để nhìn rõ ảnh của vật. Mô tả tính chất hình ảnh quan sát được.
Dòng chữ trên trang sách được đặt cách thấu kính hội tụ 5 cm cho ảnh ảo có chiều cao gấp đôi. Tìm tiêu cự của thấu kính.
Thấu kính có trong các dụng cụ quen thuộc như ống nhòm, kính lúp, kính hiển vi hay trong chính mắt của chúng ta.
Ánh sáng truyền qua thấu kính có thể tạo thành ảnh của các vật như thế nào?
1. Quan sát để nhận ra độ dày, mỏng ở rìa so với phần giữa các thấu kính có trong phòng thí nghiệm, phân loại chúng thành thấu kính hội tụ hay thấu kính phân kì.
2. Ống kính máy ảnh có cấu tạo gồm nhiều thấu kính nhằm mục đích để thu được hình ảnh chất lượng rõ nét. Hình 8.4 mô tả hệ thống gồm các thấu kính ((1), (2), (3), (4)) trong ống kính của một máy ảnh. Hãy chỉ rõ đâu là thấu kính hội tụ và đâu là thấu kính phân kì trong hệ thống này.
Hãy chỉ ra đâu là trục chính, quang tâm, tiêu điểm chính của các thấu kính trong Hình 8.3.
Thí nghiệm quan sát đường truyền ánh sáng qua thấu kính
Chuẩn bị:
- Nguồn sáng;
- Thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì.
Tiến hành:
- Bố trí thí nghiệm như Hình 8.6 với thấu kính hội tụ.
- Lần lượt chiếu tia sáng song song với trục chính tới thấu kính; tia sáng qua quang tâm O của thấu kính
- Quan sát tia ló trong mỗi trường hợp (Hình 8.6a, b, c) và rút ra nhận xét.
- Lặp lại thí nghiệm trên với thấu kính phân kì
Thực hiện yêu cầu và trả lời câu hỏi sau:
1. Biểu diễn đường đi của tia sáng qua thấu kính bằng hình vẽ
2. Đường đi của các tia sáng tới quang tâm và tia sáng song song với trục chính của thấu kính có đặc điểm gì?
Hãy phân tích tương tự và giải thích sự truyền ánh sáng qua thấu kính phân kì (Hình 8.8)
So sánh độ lệch của tia sáng ở gần rìa thấu kính với tia sáng ở gần trục chính của thấu kính sau khi đi qua thấu kính
1. Hãy dựng ảnh S’ của điểm sáng S ở Hình 8.10 vào vở
2. Hãy chứng tỏ rằng điểm sáng đặt trên trục chính cũng cho ảnh nằm trên trục chính
3. Ảnh S’ trong từng trường hợp ở Hình 8.10 là thật hay ảo?
1. Vật AB được đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f, điểm A nằm trên trục chính. Gọi d là khoảng cách từ vật đến quang tâm thấu kính. Hãy dựng ảnh A’B’ của AB ứng với các trường hợp d>f và d<f.
Nhận xét đặc điểm ảnh của vật trong các trường hợp trên theo mẫu bảng 8.1
2. Vẽ ảnh của một vật AB đặt vuông hóc với trục chính của thấu kính phân kì có tiêu cự f trong các trường hợp d>f và d<f. Nhận xét đặc điểm ảnh của vật theo mẫu bảng 8.2
Chuẩn bị: Bộ thí nghiệm như Hình 8.12:
- Đèn chiếu sáng (1);
- Vật sáng bằng kính mờ hình chứ F (2);
- Thấu kính hội tụ hoặc thấu kính phân kì (3);
- Màn chắn (4)
- Giá quang học (5);
- Nguồn điện và dây nối (6).
Tiến hành:
Thí nghiệm 1.
- Bố trí thí nghiệm như Hình 8.12.
- Đặt vật ở vị trí d>f.
- Từ từ dịch chuyển màn chắn cho đến khi thu được ảnh của vật rõ nét trên màn chắn.
- Nhận xét đặc điểm ảnh của vật
- Lặp lại thí nghiệm trong trường hợp d
Trả lời các câu hỏi sau:
1. Đặt vật trong khoảng nào thì hứng được ảnh rõ nét trên màn chắn. Ảnh đó là ảnh thật hay ảnh ảo?
2. Khi đặt vật trong khoảng tiêu cự, quan sát ảnh ảo bằng cách nào? Ảnh ảo có hứng được trên màn chắn không?
Thí nghiệm 2.
- Thay thấu khính hội tụ bằng thấu kính phân kì
- Đặt vật ở các vị trí d>f và d<f. Đặt mắt quan sát ảnh của vật qua thấu kính
Thực hiện các yêu cầu sau:
1. Hãy cho biết anhe ảo tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì có gì giống và khác nhau
2. Nêu các cách phân biệt thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì
