Bài 30: Giải bài toán về hệ thấu kính

Tóm tắt lý thuyết

2.1. Lập sơ đồ tạo ảnh

2.1.1. Hệ hai thấu kính đồng trục ghép cách nhau:

Hệ hai thấu kính đồng trục ghép cách nhau

  • Sơ đồ tạo ảnh

Sơ đồ tạo ảnh

2.1.2. Hệ hai thấu kính đồng trục ghép sát nhau:

Hệ hai thấu kính đồng trục ghép sát nhau

  • Hệ hai thấu kính \(L_1\) và \(L_2\) có tiêu cự \(f_1\) và \(f_2\) tương đương với một thấu kính L có tiêu cự f:

\(\frac{1}{f}=\frac{1}{f_1}+\frac{1}{f_2}\)

hay: \(D=D_1+D_2\)

  • Vật AB qua hệ cho ảnh như qua thấu kính L:

2.2. Thực hiện tính toán

  • Gọi \(l\) là khoảng cách từ thấu kính \(L_1\) đến thấu kính \(L_2\)
    • Khoảng cách từ ảnh \(A_1’B_1’\)đến thấu kính \(L_1\): \(d_1’=\frac{d_1f_1}{d_1-f_1}\)
    • Khoảng cách từ \(A_1’B_1’\) (xem như là vật) đến thấu kính \(L_2\) : \(d_2=l-d_1’\)
    • Khoảng cách từ ảnh \(A_2’B_2’\) đến thấu kính \(L_2\): \(d_2’=\frac{d_2f_2}{d_2-f_2}\)
    • Số phóng đại ảnh sau cùng: \(k=\frac{A_2’B_2′}{AB}=\frac{A_2’B_2′}{A_1’B_1′}\frac{A_1’B_1′}{AB}\)

\(\Rightarrow k=k_1.k_2=\frac{d_1’d_2′}{d_1d_2}\)

Bài tập minh họa



Bài 1:

Hai thấu kính, một hội tụ \((f_1 = 20 cm)\), một phân kỳ \((f_2 = -10 cm)\), có cùng trục chính. Khoảng cách hai quang tâm là l = 30 cm. Vật AB vuông góc với trục chính được đặt bên trái \(L_1\) và cách \(L_1\) một đoạn \(d_1\).

a) Cho \(d_1= 20 cm\), hãy xác định vị trí và tính số phóng đại ảnh cuối cùng cho bởi hệ hai thấu kính. Vẽ ảnh.

b) Tính \(d_1\) để ảnh sau cùng là ảnh ảo và bằng hai lần vật.

Hướng dẫn giải:

a.

  • Sơ đồ tạo ảnh qua hệ thấu kính:

  • Ta có: \(d_1=20cm, f_1=20cm, l=30cm\)

⇒ \(d_1’=\propto\)

\(d_2=l-d_1’=-\propto\)

⇒ \(d_2’=f_2=-10cm\)

  1. Vẽ hình:

Hệ hai thấu kính đồng trục ghép sát nhau

  • Từ hình vẽ ta thấy:
    • Vì \(A_1B_1\) ở vô cực nên chùm tia sáng từ AB tới qua tâm O1 sẽ qua \(A_1B_1\) và là chùm tia song song . Tương tự, chùm tia sáng từ \(A_1B_1\) tới qua tâm O2 sẽ qua \(A_2B_2\) cùng là chùm tia song song.

⇒ Tam giác \(ABO_1\)đồng dạng với tam giác \(A_2B_2O_2\) suy ra:

\(k=\frac{A_2B_2}{AB}=\frac{A_2O_2}{AO_1}=\frac{\left | d’_2 \right |}{d_1}= \frac{\left |-10 \right |}{20}=\frac{1}{2}\)

b.

  • Ảnh \(A_2B_2\) là ảnh ảo và bằng hai lần vật. Ta có:

\(\Rightarrow d’_1=\frac{d_1.f_1}{d_1-f_1}=20.\frac{d_1}{d_1-20}\)

\(d_2=1-d_1\Rightarrow d_2=30\)

\(=20.\frac{d_1}{d_1-20}=\frac{10(d_1-60)}{d_1-20}\)

\(\Rightarrow \frac{5(60-d_1)}{d_1-40}< 0\)

\(\Rightarrow d_1<40 \ cm\) và \(d_2>60 \ cm\)

  • Ảnh \(A_2B_2\) là ảnh ảo và bằng hai lần vật AB:

\(k=\left ( -\frac{d_1}{d_1} \right ).\left ( -\frac{d_2}{d_2} \right )= \frac{d_1.d_2}{d_1.d_2}\)

\(=\frac{10}{d_1-40}=\pm 2\Rightarrow \Rightarrow k=\pm 2=\frac{20}{d_1-60}\) (*)

  • Giải phương trình (*) ra ta được: \(d_1\)=35cm ( nhận) và \(d_1\) =45cm (loại)

Đáp số:

a. \(d_2’=f_2=-10cm\) và \(k=\frac{1}{2}\)

b. \(d_1\)=35cm