Giáo án Vật lý 11 - Tiết 73,74 - Thấu kính mỏng

Tiết :73,74 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. 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 ) III. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY Hoạt động :Kiểm tra bài cũ 1/Hiện tượng KXAS là gì? 2/Trong tiết trước, chúng ta đã khảo sát hiện tượng KXAS qua loại quang cụ nào? 3/Nêu cấu tạo và các đặc trưng quang học của lăng kính Hoạt động : Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung 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 1.Định nghĩa : Thấu kính là một khối trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt phẳng và một mặt cầu. 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 . *Phân loại : *Thấu kính mép mỏng gọi là thấu kính hội tụ. *Thấu kính mép dày gọi là thấu kính phân kì. 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. Hoạt động : Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung 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 thưc 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 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 2.Tiêu điểm.Tiêu diện.Tiêu cự a.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 . b.Tiêu điểm vật chính Thí nghiệm : Dùng thí nghiệm để xác định tiêu điểm vật 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. c.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) 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 D d.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 Hoạt động : Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung Làm TN xác định đường đi của các tia sáng đặc biệt, yêu cầu HS quan sat, nhận xét và vẽ hình. - Hỏi: Làm thế nào để vẽ tia ló ứng với 1 tia tới bất kì? Nhận xét và vẽ hình vo vở. - Trả lời câu hỏi và vẽ hình vào vở. Trình bày các bước vẽ Ghi nhớ 3.Đường đi của tia sáng qua thấu kính a/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 Hoạt động : Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung 4.Xác định ảnh bằng cách vẽ đường đi của tia sáng a/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. Anh 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. b/Anh 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. Hoạt động : Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung Thông tin Nhấn mạnh ý nghĩa Chu ý: 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 5.Độ tụ a/Định nghĩa Độ tụ là một đại lượng dùng để xác định khả năng làm hội tụ chùm tia nhiều hay ít . b/Công thức : c/Đơn vị : điôp (với tiêu cự f tính ra met) d/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. Ý 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. Hoạt động : Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung Làm bài tập áp dụng và so sánh kết quả với cách vẽ 5.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 < Hoạt động : Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung 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 “ 1/ Yêu cầu HS nhận xét về tính chất và độ lớn ảnh khi vật (thật) ở các vị trí khác nhau đối với TK (Mỗi HS nhận xét một trường hợp) Chiếu hình tóm tắt theo sơ đồ tia sáng 2/ Yêu cầu HS ghi vào bảng tóm tắt các trường hợp theo giá trị của d và d’(kẻ sẵn) 3/ Cho HS trả lời các câu hỏi trắc nghiệm từ 1 đến 6 trang 189 8/ Dặn dò: Yêu cầu HS về nhà làm các bài tập trang 189, 190