KHTN 9 Bài 10: Kính lúp. Bài tập thấu kính

I. Cấu tạo, tác dụng và số bội giác của kính lúp

Kính lúp là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn, thường có khung và tay cầm hoặc được gắn trên giá. Kính giúp quan sát chi tiết nhỏ như đường gân lá, chữ in nhỏ, linh kiện đồng hồ hoặc mạch điện tử.

Tác dụng quan sát được đặc trưng bằng số bội giác G. Theo quy ước sử dụng trong bài học: G = 25/f, trong đó f tính bằng cm; G không có đơn vị. Ví dụ, kính có f = 5 cm có G = 25/5 = 5, thường ghi 5×. Khi so sánh theo cùng quy ước, tiêu cự càng ngắn thì số bội giác càng lớn.

Con số 25 cm là khoảng nhìn gần quy ước dùng để so sánh. Công thức trên tương ứng cách ngắm chừng ở vô cực, khi mắt nhìn chùm tia ló song song. Bội giác nói về mức tăng góc trông, không phải lời khẳng định rằng chiều cao ảnh luôn bằng G lần chiều cao vật ở mọi cách đặt kính.

Khi giải bài hình học ở một vị trí cụ thể, phải tìm tỉ số h′/h từ hình dựng hoặc tam giác đồng dạng. Không tự thay tỉ số đó bằng số 3× hay 5× ghi trên kính.

II. Quan sát một vật nhỏ qua kính lúp

Để nhìn một ảnh ảo ở khoảng cách hữu hạn, đặt vật nhỏ trong khoảng từ quang tâm đến tiêu điểm trước: 0 < d < f. Ảnh do kính tạo ra cùng phía với vật, cùng chiều và lớn hơn vật.

Đặt mắt ở phía bên kia kính so với vật và nhìn qua kính. Có thể đưa kính gần vật rồi điều chỉnh từ từ khoảng cách vật–kính cho đến khi nhìn rõ, đồng thời giữ vật trong khoảng tiêu cự. Ảnh cũng phải ở trong khoảng mắt có thể nhìn rõ, nên không phải mọi vị trí d < f đều dễ quan sát với mọi người.

Nếu đặt vật ra ngoài tiêu cự, kính hội tụ cho ảnh thật ngược chiều; đó không phải cách dùng để nhìn ảnh ảo phóng đại quen thuộc của kính lúp. Ở vị trí giới hạn d = f, tia ló từ mỗi điểm vật song song và ảnh ở vô cực: cần phân biệt với ảnh ảo hữu hạn khi d < f.

Giữ kính sạch, cầm ở khung và quan sát vật được chiếu sáng vừa đủ. Không nhìn Mặt Trời qua kính lúp và không hướng kính để gom nắng vào mắt hoặc vật dễ cháy.

III. Giải bài tập bằng sơ đồ tỉ lệ và tam giác đồng dạng

Bước 1 – Chuẩn bị hình. Ghi f, d = OA và h = AB. Chọn một tỉ lệ xích thống nhất cho cả phương ngang và phương đứng, chẳng hạn 1 cm trên giấy ứng với 2 cm thực. Vẽ trục chính, thấu kính, O, F, F′ rồi đặt vật AB đúng vị trí và vuông góc trục.

Bước 2 – Dựng ảnh. Từ B, vẽ tia qua O và tia song song trục chính. Gọi M là điểm tia song song gặp thấu kính; tia ló từ M đi qua F′. Giao của hai tia ló là ảnh thật B′; giao của các đường kéo dài là ảnh ảo B′. Hạ B′A′ vuông góc trục chính.

Bước 3 – Đọc hình và kiểm tra. Đo OA′, A′B′ trên hình rồi đổi về độ dài thực theo tỉ lệ đã chọn. Kết quả đo là xấp xỉ. Kiểm tra lại loại ảnh, chiều và độ lớn bằng bảng trường hợp ở Bài 8.

Bước 4 – Dùng tam giác khi cần kết quả tính toán. Đặt x = OA′ = d′ và h′ = A′B′ là các độ dài dương. Hai tam giác OAB và OA′B′ đồng dạng, cho h′/h = x/d. Do OM = AB = h, có thêm cặp tam giác F′OM và F′A′B′:

• Ảnh thật ở bên kia kính: A′ nằm ngoài F′, nên F′A′ = x − f và h′/h = (x − f)/f. Kết hợp x/d = (x − f)/f để tìm x.
• Ảnh ảo ở cùng phía vật: F′ và A′ ở hai phía của O, nên F′A′ = x + f và h′/h = (x + f)/f. Kết hợp x/d = (x + f)/f để tìm x.

Đây là các hệ thức đọc từ những tam giác cụ thể trên hình; hãy dựng hình rồi chọn đúng tổng hoặc hiệu đoạn thẳng. Sau khi tìm x, tính h′ = h × x/d. Không gán dấu âm cho độ dài trong cách giải này; hãy ghi riêng “ảnh cùng phía vật” hoặc “ảnh ở phía bên kia kính”.

Cách học cốt lõi là dựng ảnh theo tỉ lệ và dùng hình học. Tài liệu không yêu cầu ghi nhớ một công thức thấu kính có quy ước dấu để thay cho việc hiểu hình vẽ.

Câu tự kiểm 1

Kính lúp ghi 5×. Có thể kết luận ảnh của mọi vật quan sát qua kính luôn cao gấp đúng 5 lần vật không?

Câu tự kiểm 2

Một bạn giải trường hợp ảnh ảo ở cùng phía vật bằng độ dài d′ = OA′ > 0, nhưng viết F′A′ = d′ − f. Cần sửa gì?