Giáo án Vật lý 11 - Bài 48 - Thấu kính mỏng

Bài 48 THẤU KÍNH MỎNG MỤC TIÊU : Cấu tạo của thấu kính và 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. Nắm được đường đi của tia sáng qua hai loại thấu kính và biết xác định ảnh của một vật bằng cách vẽ các tia sáng. Nắm và 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. Phân biệt được sự khác nhau của hai loại thấu kính về: cấu tạo, tác dụng đối với ánh sáng, về các yếu tố của thấu kính về tính chất ảnh. 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 và ba thấu kính phân kì có cấu tạo khác nhau. IV. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY Ê Phần làm việc của Giáo Viên Hoạt đông của học sinh Nội dung Tổ chức , điều khiển 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. Các yếu tố của thấu kính . R1, R2 : Bán kính các mặt cầu (mặt phẳng:có bán kính vô cực) C1C2 : Trục chính. O: Quang tâm thấu kính (O là điểm mà trục chính cắt thấu kính). Δ: Trục phụ : đường kính mở hay đường kính khẩu độ. Tính chất của quang tâm Một tia sáng bất kì qua quang tâm thì truyền thẳng. Điều kiện để có ảnh 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 các công dụng đa dạng của thấu kính. -Yêu cầu quan sát hình dạng của kính lúp è HS đưa ra một ĐN cho thấu kính 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 - Giải thích: tại sao thấu kính mép mỏng được gọi là thấu kính hội tụ, thấu kính mép dày được gọi là thấu kính phân kì.. - Giới thiệu các yếu tố của thấu kính - Nêu tính chất của quang tâm và điều kiện để có ảnh rõ nét - Để có điều kiện này ta có thể làm cách 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 Theo dỏi Quan sát và trả lời Nhóm hội ý và đưa ra định nghĩa 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 nghĩ va øghi 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 : 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 F1: Điểm cắt của một trục phụ bất kì với tiêu diện vật Tiêu điểm ảnh phu F’1 : Điểm cắt của một trục phụ bất kì với tiêu diện ảnh Chiếu một chùm tia song song với một trục phụ D: các tia ló cắt nhau tại điểm F’1 Nếu đặt một nguồn sáng điểm (hay một điểm sáng ảo ứng với tại F1 thì chùm tia sáng ló là một chùm tia song song với trục phụ ïD V-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’ 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 ; 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 tới lui, 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: tiêu điểm vật chính 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 chính của thấu kính 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 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. Quan sát và nhận xét Không có điểm sáng trên màn E Thực hiện thí nghiệm và quan sát 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 ló ra khỏi thấu kính cũng là chùm tia song song với trục chính Quan sát và ghi nhớ Ghi nhớ VI-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 2- 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 . VII- Xác định ảnh bằng cách vẽ đường đi của tia sáng Xác định ảnh: 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. 3- Aûnh cho bởi thấu kính phân kỳ: Độ tụ Định nghĩa Độ tụ là một đại lượng dùng để xác định khả năng làm hội tụ ( hoặc phân tán) 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. 4- Công thức tính độ tụ của thấu kính Công thức Trong đó, n : chiết suất tỉ đối của vật 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 co 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. Trình bày các bước vẽ GV : Hãy dựa vào định nghĩa các tiêu điểm ảnh phụ, hãy nêu cách vẽ tia ló của một tia tới bất ky?ø GV : Hãy dựa vào định nghĩa các tiêu điểm ảnh phụ, hãy nêu cách vẽ tia ló của một tia tới bất ky?ø -Để vẽ ảnh của vật AB, ta thực hiện những bước nào? - Hướng dẫn cách vẽ và nêu kết quả 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 Học sinh tham khảo SGK và nêu ra đường đi của ba tia đặc biệt. - HS vẽ 3 tia đặc biệt. HS thảo luận nhóm và nêu cách vẽ HS thảo luận nhóm và nêu cách vẽ Học sinh thảo luận và nêu ra cách vẽ Học sinh vẽ ảnh của vật thật cho bởi TKHT: + Cho ảnh thật. +Cho ảnh ảo. + Cho ảnh ở vô cực - - Vẽ ảnh cho bởi TKPK