I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Cấu tạo kính lúp

Kính lúp là một dụng cụ quang bổ trợ cho mắt để quan sát các vật nhỏ. Về cấu tạo, kính lúp là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (cỡ vài cm), thường được gắn trong khung có tay cầm hoặc đeo trực tiếp vào mắt.

Mỗi kính lúp có một số bội giác $G$ xác định, thường được ghi ngay trên khung kính: 2x, 5x, 10x, 20x… Số bội giác được tính theo công thức:

$$G = \dfrac{25}{f}$$

Trong đó: $G$ là số bội giác; $f$ là tiêu cự của thấu kính (đơn vị cm).

Kính lúp có số bội giác càng lớn thì tiêu cự càng ngắn, và có thể quan sát được vật càng nhỏ.

Ví dụ: Kính lúp ghi 5x → $f = \dfrac{25}{5} = 5$ cm.

Điều kiện để thấu kính hội tụ dùng làm kính lúp: Tiêu cự $f < 25$ cm (vì $G = \dfrac{25}{f} \geq 1$).

2. Cách quan sát một vật nhỏ qua kính lúp

a) Góc trông vật và số bội giác

Mắt chỉ phân biệt được hai điểm khi góc trông vật $\alpha$ (góc tạo bởi hai tia sáng từ hai đầu vật đến mắt) đủ lớn. Khi vật quá nhỏ, góc trông nhỏ hơn năng suất phân li của mắt ($\varepsilon \approx 1’$), ta không nhìn rõ được.

Kính lúp giúp tạo ảnh ảo lớn hơn vật, làm tăng góc trông. Đại lượng đặc trưng cho tác dụng này là số bội giác:

$$G = \dfrac{\beta}{\alpha}$$

Trong đó: $\beta$ là góc trông ảnh qua kính lúp; $\alpha$ là góc trông vật khi nhìn trực tiếp.

b) Cách đặt vật và quan sát

Khi quan sát vật nhỏ qua kính lúp, mắt nhìn ảnh ảo của vật. Để có ảnh ảo, phải đặt vật trong khoảng tiêu cự — tức là trong khoảng từ quang tâm O đến tiêu điểm F.

Ngoài ra, ảnh phải nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt (từ điểm cực cận ~25 cm đến điểm cực viễn ở vô cực đối với mắt bình thường).

Hai cách ngắm chừng:

• Ngắm chừng ở cực cận: Đặt vật sao cho ảnh ảo xuất hiện ở điểm cực cận (khoảng 25 cm).
• Ngắm chừng ở vô cực: Đặt vật đúng tại tiêu điểm F ($d = f$), ảnh ở xa vô cực. Đây là cách quan sát ít mỏi mắt nhất. Số bội giác $G$ ghi trên kính chính là số bội giác khi ngắm chừng ở vô cực.

Cách sử dụng kính lúp: Đặt kính sát vật, rồi từ từ dịch chuyển kính ra xa cho đến khi quan sát được rõ vật.

3. Vẽ sơ đồ tạo ảnh qua thấu kính hội tụ (theo tỉ lệ)

Trong một số bài tập, ta cần vẽ ảnh qua thấu kính hội tụ theo đúng tỉ lệ xích trên giấy kẻ ô. Các bước thực hiện:

Bước 1: Chọn tỉ lệ xích thích hợp (ví dụ: 1 ô vuông = 1 cm).

Bước 2: Xác định các giá trị theo tỉ lệ xích: tiêu cự $f$, khoảng cách vật $d$, chiều cao vật $h$. Tính khoảng cách ảnh $d’$ và chiều cao ảnh $h’$ bằng công thức hoặc tam giác đồng dạng.

Bước 3: Vẽ sơ đồ tạo ảnh theo các giá trị đã xác định, sử dụng 2 tia đặc biệt (tia qua quang tâm + tia song song trục chính).

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Bài tập về kính lúp — Số bội giác, tiêu cự

Phương pháp:

• Công thức liên hệ: $G = \dfrac{25}{f}$ (với $f$ tính bằng cm).
• Từ $G$ → tìm $f$: $f = \dfrac{25}{G}$.
• Kính lúp cho ảnh ảo khi $d < f$ → dùng công thức ảnh ảo TKHT: $\dfrac{1}{d’} = \dfrac{1}{d} – \dfrac{1}{f}$
• Tỉ số chiều cao ảnh/vật: $\dfrac{h’}{h} = \dfrac{d’}{d}$

Ví dụ 1: Trên vành kính lúp ghi 4x. Tính tiêu cự của kính lúp. Thấu kính này có dùng làm kính lúp được không?

Lời giải:

$$f = \dfrac{25}{G} = \dfrac{25}{4} = 6{,}25 \text{ cm}$$

Vì $f = 6{,}25$ cm $< 25$ cm → thấu kính này dùng làm kính lúp được.

Đáp số: $f = 6{,}25$ cm.

Ví dụ 2: Dùng kính lúp có số bội giác $G = 2{,}5$x để quan sát vật nhỏ cao 1 mm. Muốn ảnh ảo cao 5 mm thì đặt vật cách kính bao nhiêu? Ảnh cách kính bao nhiêu?

Lời giải:

Bước 1: Tính tiêu cự:

$$f = \dfrac{25}{G} = \dfrac{25}{2{,}5} = 10 \text{ cm}$$

Bước 2: Tỉ số chiều cao ảnh/vật:

$$\dfrac{h’}{h} = \dfrac{d’}{d} = \dfrac{5}{1} = 5 \quad \Rightarrow \quad d’ = 5d$$

Bước 3: Áp dụng công thức ảnh ảo TKHT ($d < f$):

$$\dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{d} – \dfrac{1}{d’} = \dfrac{1}{d} – \dfrac{1}{5d} = \dfrac{5 – 1}{5d} = \dfrac{4}{5d}$$

$$d = \dfrac{4f}{5} = \dfrac{4 \times 10}{5} = 8 \text{ cm}$$

$$d’ = 5d = 5 \times 8 = 40 \text{ cm}$$

Đáp số: Vật cách kính 8 cm, ảnh ảo cách kính 40 cm.

Dạng 2: Vẽ sơ đồ tạo ảnh qua thấu kính hội tụ theo tỉ lệ — Tính $d’$ và $h’$

Phương pháp:

• Dùng công thức thấu kính: $\dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{d} + \dfrac{1}{d’}$ (ảnh thật) hoặc $\dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{d} – \dfrac{1}{d’}$ (ảnh ảo, $d < f$).
• Độ phóng đại: $\dfrac{h’}{h} = \dfrac{d’}{d}$
• Vẽ trên giấy kẻ ô theo tỉ lệ xích: đánh dấu vị trí O, F, F’, vật AB, rồi vẽ 2 tia đặc biệt để xác định ảnh A’B’.

Ví dụ 3: Vật AB cao $h = 2$ cm đặt vuông góc trục chính thấu kính hội tụ, cách thấu kính $d = 7{,}5$ cm. Tiêu cự $f = 5$ cm. Vẽ ảnh theo tỉ lệ (1 ô = 1 cm) và xác định tính chất ảnh.

Lời giải:

Bước 1: Vì $d = 7{,}5$ cm $> f = 5$ cm → ảnh thật, ngược chiều.

Bước 2: Tính khoảng cách ảnh:

$$\dfrac{1}{d’} = \dfrac{1}{f} – \dfrac{1}{d} = \dfrac{1}{5} – \dfrac{1}{7{,}5} = \dfrac{3 – 2}{15} = \dfrac{1}{15}$$

$$d’ = 15 \text{ cm}$$

Bước 3: Tính chiều cao ảnh:

$$\dfrac{h’}{h} = \dfrac{d’}{d} = \dfrac{15}{7{,}5} = 2$$

$$h’ = 2 \times 2 = 4 \text{ cm}$$

Bước 4: Vẽ trên giấy kẻ ô (1 ô = 1 cm): đánh dấu O ở giữa, F cách O 5 ô sang phải, vật AB cách O 7,5 ô sang trái (A trên trục chính, B phía trên cao 2 ô). Vẽ 2 tia từ B: tia qua O truyền thẳng; tia song song trục chính → ló qua F. Giao điểm = B’. Từ B’ hạ vuông góc → A’. Ảnh A’B’ nằm cách O 15 ô phía bên kia, cao 4 ô.

Đáp số: Ảnh thật, ngược chiều, $d’ = 15$ cm, $h’ = 4$ cm (lớn gấp 2 lần vật).

Ví dụ 4: Vật AB cao $h = 3$ cm đặt vuông góc trục chính thấu kính hội tụ có tiêu cự $f = 5$ cm, cách thấu kính $d = 2f = 10$ cm. Dựng ảnh theo tỉ lệ và tính $h’$, $d’$.

Lời giải:

Bước 1: Vì $d = 10$ cm $= 2f > f$ → ảnh thật, ngược chiều.

Bước 2: Tính $d’$:

$$\dfrac{1}{d’} = \dfrac{1}{f} – \dfrac{1}{d} = \dfrac{1}{5} – \dfrac{1}{10} = \dfrac{2 – 1}{10} = \dfrac{1}{10}$$

$$d’ = 10 \text{ cm} = 2f$$

Bước 3: Tính $h’$:

$$\dfrac{h’}{h} = \dfrac{d’}{d} = \dfrac{10}{10} = 1$$

$$h’ = 1 \times 3 = 3 \text{ cm}$$

Đáp số: Ảnh thật, ngược chiều, bằng vật ($d’ = 10$ cm, $h’ = 3$ cm). Khi $d = 2f$, ảnh luôn bằng vật và cách thấu kính $d’ = 2f$.

Ví dụ 5: Kính lúp có ghi 5x. Vật nhỏ cao 0,1 cm được đặt trước kính sao cho ảnh ảo cao gấp 5 lần vật. Tìm vị trí vật và ảnh.

Lời giải:

Bước 1: Tiêu cự kính lúp:

$$f = \dfrac{25}{G} = \dfrac{25}{5} = 5 \text{ cm}$$

Bước 2: Ảnh cao gấp 5 lần vật → $\dfrac{d’}{d} = 5$ → $d’ = 5d$.

Bước 3: Công thức ảnh ảo:

$$\dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{d} – \dfrac{1}{d’} = \dfrac{1}{d} – \dfrac{1}{5d} = \dfrac{4}{5d}$$

$$d = \dfrac{4f}{5} = \dfrac{4 \times 5}{5} = 4 \text{ cm}$$

$$d’ = 5 \times 4 = 20 \text{ cm}$$

Đáp số: Vật cách kính 4 cm, ảnh ảo cách kính 20 cm.

III. SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. Cấu tạo kính lúp

• 1.1. Là thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn ($f < 25$ cm)
• 1.2. Số bội giác: $G = \dfrac{25}{f}$ ($f$ tính bằng cm)
• 1.3. $G$ càng lớn → $f$ càng ngắn → quan sát được vật càng nhỏ

2. Cách quan sát qua kính lúp

• 2.1. Đặt vật trong khoảng tiêu cự (từ O đến F) → ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật
• 2.2. Ảnh phải nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt (25 cm → ∞)
• 2.3. Ngắm chừng ở cực cận: ảnh tại 25 cm
• 2.4. Ngắm chừng ở vô cực: $d = f$, ảnh ở ∞, ít mỏi mắt nhất

3. Vẽ sơ đồ tạo ảnh theo tỉ lệ

• 3.1. Bước 1: Chọn tỉ lệ xích
• 3.2. Bước 2: Tính $d’$, $h’$ bằng công thức
• 3.3. Bước 3: Vẽ trên giấy kẻ ô, dùng 2 tia đặc biệt

4. Công thức tính toán

• 4.1. TKHT ảnh thật: $\dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{d} + \dfrac{1}{d’}$
• 4.2. TKHT ảnh ảo ($d < f$): $\dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{d} – \dfrac{1}{d’}$
• 4.3. Độ phóng đại: $\dfrac{h’}{h} = \dfrac{d’}{d}$

IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu