Quang học Hình học Hướng dẫn

Tổng quan

Thí nghiệm tạo ảnh qua thấu kính hội tụ là một trong những thí nghiệm kinh điển nhất trong quang hình học. Bằng cách thay đổi khoảng cách từ vật (thường là ngọn nến) đến thấu kính, chúng ta có thể quan sát các ảnh có tính chất khác nhau. Thí nghiệm này nhằm giúp bạn tổng kết cách mối quan hệ giữa khoảng cách vật và tiêu cự quyết định tính chất của ảnh.

Bối cảnh

Khái niệm chính

Công thức và diễn giải

Các bước thí nghiệm

1. 1

   Khám phá điều kiện cho ảnh thật thu nhỏ

   Đặt tiêu cự $f=35\text{cm}$. Kéo ngọn nến đến $u=80\text{cm}$ (tức là $u > 2f$). Quan sát ảnh phía sau thấu kính ở bên phải. Ảnh lộn ngược hay thẳng đứng? Nó được phóng to hay thu nhỏ?
2. 2

   Tìm ảnh thật cùng kích thước

   Di chuyển vị trí ngọn nến sao cho khoảng cách vật bằng đúng hai lần tiêu cự ($u = 2f = 70\text{cm}$). Quan sát xem kích thước ảnh có hoàn toàn giống với vật không? Chú ý giá trị khoảng cách ảnh $v$ lúc này.
3. 3

   Khám phá ảnh thật phóng to

   Tiếp tục di chuyển ngọn nến lại gần thấu kính sao cho nó nằm giữa một tiêu cự và hai tiêu cự ($f < u < 2f$). Quan sát sự thay đổi của ảnh. Bạn sẽ thấy ảnh trở nên ____, và khoảng cách ảnh $v$ trở nên ____?
4. 4

   Quan sát điểm không tạo ảnh

   Đặt ngọn nến tại tiêu điểm ($u = f = 35\text{cm}$). Quan sát các tia khúc xạ, bạn sẽ thấy chúng song song với nhau. Lúc này bạn còn có thể nhìn thấy ảnh rõ nét trên màn chắn không?
5. 5

   Khám phá ảnh ảo phóng to

   Di chuyển ngọn nến vào trong tiêu điểm ($u < f$). Lúc này, không có sự hội tụ ánh sáng ở bên phải, nhưng sự hội tụ đường ảo xuất hiện ở bên trái. Đây là nguyên lý làm việc của kính lúp. Lúc này ảnh thẳng đứng hay lộn ngược?

Mục tiêu học tập

• Nắm vững ba trường hợp điển hình của tạo ảnh qua thấu kính hội tụ và điều kiện áp dụng của chúng
• Hiểu cách khoảng cách ảnh và kích thước ảnh thay đổi liên tục khi khoảng cách vật thay đổi
• Có thể thực hiện các tính toán định lượng đơn giản bằng cách sử dụng công thức tạo ảnh thấu kính
• Làm rõ sự khác biệt cốt yếu giữa ảnh ảo và ảnh thật trong sự diễn tiến đường đi của ánh sáng

Ứng dụng thực tế

• Máy ảnh: Khi $u > 2f$, tạo ảnh thật ngược chiều, thu nhỏ
• Máy chiếu: Khi $f < u < 2f$, tạo ảnh thật ngược chiều, phóng to
• Kính lúp: Khi $u < f$, tạo ảnh ảo cùng chiều, phóng to
• Kính thiên văn/Kính hiển vi: Thực hiện tạo ảnh phóng to các vật thể ở xa hoặc vi mô thông qua sự kết hợp của nhiều bộ thấu kính

Sự hiểu lầm phổ biến

Đọc thêm

• Wikipedia - Thấu kính