Bài học

Vận dụng: ảnh biến đổi thế nào khi vật tiến lại gần thấu kính hội tụ

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em mô tả liên tục được sự thay đổi của ảnh (loại ảnh, chiều, độ lớn) khi một vật di chuyển từ rất xa tiến dần về quang tâm qua thấu kính hội tụ, và giải được bài toán nhiều giai đoạn kết hợp toàn bộ các trường hợp đã học ở Chương 2.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã có đầy đủ năm trường hợp đặc điểm ảnh ứng với năm vùng đặt vật. Bài này nối chúng lại thành một quá trình biến đổi liên tục, giống như xem một đoạn phim ảnh thay đổi dần chứ không chỉ xét từng khung hình rời rạc.

Khởi động

Một nhiếp ảnh gia chụp macro lùi dần lại gần một bông hoa nhỏ để lấy chi tiết cận cảnh. Trên màn hình ngắm của máy ảnh, ảnh bông hoa thay đổi liên tục ra sao trong suốt quá trình đó?

Kiến thức trọng tâm

Khi một vật di chuyển từ rất xa (d rất lớn) tiến dần về phía thấu kính hội tụ, ảnh của nó trải qua một chuỗi biến đổi liên tục, đi qua hai mốc chuyển tiếp đặc biệt:

Mốc thứ nhất — $d = 2f$ : trước mốc này ( $d > 2f$ ), ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật, và càng tiến gần mốc thì ảnh càng lớn dần lên (dù vẫn nhỏ hơn vật). Ngay tại mốc, ảnh thật, ngược chiều, bằng đúng vật. Sau mốc này (đi vào khoảng $f < d < 2f$ ), ảnh vẫn thật, ngược chiều nhưng giờ đã lớn hơn vật, và tiếp tục lớn dần khi vật tiến gần thêm về F.

Mốc thứ hai — $d = f$ : đây là điểm "đổi loại ảnh". Ngay trước mốc (d hơi lớn hơn f), ảnh thật, ngược chiều, rất lớn và nằm rất xa phía sau thấu kính. Đúng tại mốc, hai tia ló song song nhau, không cắt nhau — không tồn tại ảnh ở khoảng hữu hạn. Ngay sau khi vật vượt qua mốc (d < f), ảnh "lật" hẳn sang ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật — và ảnh này càng tiến gần thấu kính, càng gần bằng kích thước vật thật.

Nắm được hai mốc chuyển tiếp này giúp em giải nhanh những bài toán mô tả một vật di chuyển qua nhiều vị trí liên tiếp, thay vì phải dựng lại hình từ đầu cho từng vị trí.

Khi một vật di chuyển từ rất xa (d rất lớn) tiến dần về phía thấu kính hội tụ, ảnh của nó trải qua một chuỗi biến đổi liên tục, đi qua **hai mốc chuyển tiếp** đặc biệt: **Mốc thứ nhất — $d = 2f$**: trước mốc này ($d > 2f$), ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật, và càng tiến gần mốc thì ảnh càng lớn dần lên (dù vẫn nhỏ hơn vật). Ngay tại mốc, ảnh thật, ngược chiều, bằng đúng vật. Sau mốc này (đi vào khoảng $f < d < 2f$), ảnh vẫn thật, ngược chiều nhưng giờ đã lớn hơn vật, và tiếp tục lớn dần khi vật tiến gần thêm về F. **Mốc thứ hai — $d = f$**: đây là điểm "đổi loại ảnh". Ngay trước mốc (d hơi lớn hơn f), ảnh thật, ngược chiều, rất lớn và nằm rất xa phía sau thấu kính. Đúng tại mốc, hai tia ló song song nhau, không cắt nhau — không tồn tại ảnh ở khoảng hữu hạn. Ngay sau khi vật vượt qua mốc (d < f), ảnh "lật" hẳn sang ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật — và ảnh này càng tiến gần thấu kính, càng gần bằng kích thước vật thật. Nắm được hai mốc chuyển tiếp này giúp em giải nhanh những bài toán mô tả một vật di chuyển qua nhiều vị trí liên tiếp, thay vì phải dựng lại hình từ đầu cho từng vị trí.

Ví dụ

Mô tả ảnh tại bốn mốc vật di chuyển (bài toán nhiều giai đoạn)

1
Vật AB cao 5 cm di chuyển lần lượt qua bốn vị trí d = 60 cm, d = 40 cm, d = 25 cm, d = 5 cm trước một thấu kính hội tụ tiêu cự f = 20 cm. Nêu đặc điểm ảnh ở mỗi vị trí.
2
Ta có $f = 20$ cm và $2f = 40$ cm — đây là hai mốc để so sánh với từng giá trị $d$ đã cho.
Ta có $f = 20$ cm và $2f = 40$ cm — đây là hai mốc để so sánh với từng giá trị $d$ đã cho.
3
Vì $60$ cm $> 2f = 40$ cm, tại $d = 60$ cm ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật. Vì $40$ cm $= 2f$ , tại $d = 40$ cm ảnh thật, ngược chiều, bằng đúng vật.
Vì $60$ cm $> 2f = 40$ cm, tại $d = 60$ cm ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật. Vì $40$ cm $= 2f$, tại $d = 40$ cm ảnh thật, ngược chiều, bằng đúng vật.
4
Vì $f = 20$ cm $< 25$ cm $< 2f = 40$ cm, tại $d = 25$ cm ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật. Vì $5$ cm $< f = 20$ cm, tại $d = 5$ cm vật đã lọt vào trong khoảng tiêu cự nên ảnh là ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật.
Vì $f = 20$ cm $< 25$ cm $< 2f = 40$ cm, tại $d = 25$ cm ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật. Vì $5$ cm $< f = 20$ cm, tại $d = 5$ cm vật đã lọt vào trong khoảng tiêu cự nên ảnh là ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật.
5
Vậy theo thứ tự bốn vị trí: ảnh thật-ngược chiều-nhỏ hơn (d=60cm) → ảnh thật-ngược chiều-bằng vật (d=40cm) → ảnh thật-ngược chiều-lớn hơn (d=25cm) → ảnh ảo-cùng chiều-lớn hơn (d=5cm).

Ví dụ

Suy luận ngược: từ hiện tượng quan sát được, xác định vùng đặt vật (dạng thi)

1
Trong một thí nghiệm, học sinh di chuyển màn hứng ảnh ra xa rồi lại gần thấu kính hội tụ nhưng KHÔNG hứng được ảnh nào rõ nét ở bất kì vị trí nào của màn. Vật vẫn được giữ nguyên vị trí trước thấu kính. Hãy suy luận vật đang nằm trong vùng nào so với tiêu cự, và giải thích vì sao không thể hứng được ảnh trên màn dù đã thử nhiều vị trí.
2
Ta có: dù di chuyển màn đến bất kì vị trí nào phía sau thấu kính, vẫn không hứng được ảnh rõ nét. Theo tính chất đã học, chỉ ảnh ảo mới không thể hứng được trên màn; ảnh thật luôn hứng được tại đúng vị trí của nó.
3
Ảnh ảo qua thấu kính hội tụ chỉ xuất hiện khi vật lọt vào trong khoảng tiêu cự. Do đó, vật đang được đặt ở vùng $d < f$ .
Ảnh ảo qua thấu kính hội tụ chỉ xuất hiện khi vật lọt vào trong khoảng tiêu cự. Do đó, vật đang được đặt ở vùng $d < f$.
4
Vậy vật đang nằm trong khoảng tiêu cự ( $d < f$ ) của thấu kính, nên ảnh tạo thành là ảnh ảo — không thể hứng được trên bất kì màn nào, dù màn được đặt ở đâu phía sau thấu kính.
Vậy vật đang nằm trong khoảng tiêu cự ($d < f$) của thấu kính, nên ảnh tạo thành là ảnh ảo — không thể hứng được trên bất kì màn nào, dù màn được đặt ở đâu phía sau thấu kính.

Sai lầm thường gặp

Khi không hứng được ảnh trên màn, nhiều em kết luận vội rằng "không có ảnh nào cả". Thực ra ảnh vẫn tồn tại — chỉ là ảnh ẢO, mắt vẫn nhìn thấy được khi nhìn trực tiếp qua thấu kính, chỉ riêng MÀN thì không hứng được nó mà thôi.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Vật tiến gần thấu kính hội tụ: ảnh thật nhỏ hơn → bằng vật (tại d=2f) → lớn hơn → không xác định (tại d=f) → ảo, cùng chiều, lớn hơn (khi d<f). Không hứng được ảnh trên màn = ảnh đang là ảnh ảo.

Chương tiếp theo chuyển sang thấu kính phân kì — nơi ảnh chỉ có MỘT loại duy nhất, dù vật đặt ở bất kì vị trí nào, khác hẳn với năm trường hợp vừa học của thấu kính hội tụ.