Microsoft word CHUYÃ−N ä’ổ 7 mẮt vã• cã†c DỤNG cỤ QUANG hỄc

Microsoft Word CHUYÃ−N Ēổ 7 MẮT VÕ CÆC DỤNG CỤ QUANG HỄC doc Chuyên đề 7 MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ KHOA HỌC A TÓM TẮT KIẾN THỨC I MÁY ẢNH VÀ MẮT a) Máy ảnh Công dụng Máy ảnh là dụng cụ quang học[.]

Chuyên đề 7: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ KHOA HỌC A TÓM TẮT KIẾN THỨC I MÁY ẢNH VÀ MẮT a) Máy ảnh: - Công dụng: Máy ảnh dụng cụ quang học dùng để thu ảnh thật vật, nhỏ vật ghi lại phim - Cấu tạo: Gồm: + Vật kính: Là thấu kính hội tụ hệ thấu kính ghép có tác dụng thấu kính hội tụ + Phim ảnh: Đặt buồng tối dùng để ghi lại ảnh vật - Đặc điểm: Trong máy ảnh thì: + Tiêu cự vật kính: f  const + Khoảng cách vật kính phim: d ' thay đổi Để chụp ảnh vật xa gần khác ta thay đổi khoảng cách d ' vật kính phim - Cơng thức máy ảnh: 1    7.1 d d' f d' f f d' k    d f d f  7.2  ( d , d ' f dương) b) Mắt: - Tác dụng: Mắt cho ảnh thật, nhỏ vật võng mạc - Cấu tạo: Về phương diện quang học, mắt gồm hai phận chính: + Thể thủy tinh: Có vai trị vật kính máy ảnh + Võng mạc: Có vai trò phim ảnh máy ảnh - Đặc điểm: Trong mắt thì: + Tiêu cự thể thủy tinh: f thay đổi + Khoảng cách thể thủy tinh võng mạc: d '  const Để nhìn rõ vật xa gần khác ta thay đổi tiêu cự f thể thủy tinh (điều tiết mắt) - Mắt khơng tật, mắt có tật Cách sửa: Mắt không tật Mắt cận Mắt viễn Mắt lão (già) Điểm cực cận Cc OCc  Đ 10  25cm  OCc  Đ OCc  Đ OCc  Đ Điểm cực viễn Cv OCv   OCv : hữu hạn Cv điểm ảo OCv   Đeo kính phân kì: Đeo kính hội tụ: Đeo kính lão f k  Ok Cv f k  Ok Cv (hội tụ) Cách sửa II KÍNH LÚP, KÍNH HIỂN VI VÀ KÍNH THIÊN VĂN Kính lúp - Định nghĩa: Kính lúp thấu kính hội tụ (hoặc hệ thấu kính) có tiêu cự nhỏ (vài cm ), có tác dụng làm tăng góc trơng ảnh vật nhỏ cách tạo ảnh ảo lớn vật nằm giới hạn nhìn rõ mắt - Độ bội giác: G   D k 0 d ' l  7.3 ( l khoảng cách kính mắt)  7.4  + Khi ngắm chừng Cc : Gc  k + Khi ngắm chừng vô cực: G  D f  7.5 ( Đ  25cm, f Đ đơn vị) Kính hiển vi - Định nghĩa: Kính hiển vi hệ quang học gồm hai thấu kính (vật kính có tiêu cự nhỏ, thị kính có tác dụng kính lúp), có tác dụng làm tăng góc trơng ảnh vật nhỏ lên nhiều lần - Độ bội giác: G   D k '  k G2 0 d2  l  7.6  ( l khoảng cách thị kính mắt)  7.7  + Khi ngắm chừng Cc : Gc  k + Khi ngắm chừng vô cực: G  k1G2   D f1 f  7.8 ( Đ  25cm,   F1' F2  O1O2   f1  f  : độ dài quang học kính hiển vi) Kính thiên văn - Định nghĩa: Kính thiên văn hệ quang học gồm hai thấu kính (vật kính có tiêu cự dài, thị kính có tác dụng kính lúp), có tác dụng làm tăng góc trơng ảnh vật xa lên nhiều lần - Độ bội giác: G   f  k2 ' 0 d2  l  7.9  ( l khoảng cách thị kính mắt) + Khi ngắm chừng Cc : Gc  f1 G2 c D  7.10  f1 f2  7.11 + Khi ngắm chừng vô cực: G  B NHỮNG CHÚ Ý KHI GIẢI BÀI TẬP VỀ KIẾN THỨC VÀ KĨ NĂNG Sự khác phương diện quang học máy ảnh mắt: - Đối với máy ảnh: f  const , d ' thay đổi (thay đổi khoảng cách vật kính phim) - Đối với mắt: d '  const , f thay đổi (đổi độ cong thể thủy tinh: điều tiết mắt) Sửa tật cho mắt làm cho mắt nhìn rõ vật mắt bình thường cách đeo thấu kính phù hợp Để mắt nhìn rõ vật thì: - Phải đủ ánh sáng - Góc trơng vật phải lớn suất phân li mắt - Vật phải nằm khoảng nhìn rõ mắt: từ Cc đến Cv Giải toán dụng cụ quang học thực chất giải tốn thấu kính đơn (kính lúp) thấu kính ghép (kính hiển vi, kính thiên văn,…) VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Với dạng tập máy ảnh mắt Phương pháp giải là: - Với tốn máy ảnh: Sử dụng cơng thức thấu kính, với d , d ' f dương; ảnh phim ảnh thật, nhỏ vật - Với toán mắt cách sửa tật mắt: + Sử dụng cơng thức thấu kính, với d , d ' f dương; ảnh võng mạc ảnh thật, nhỏ vật + Khi mắt quan sát vật Cv : mắt không điều tiết  f  f max  ; mắt quan sát vật Cc : mắt điều tiết tối đa  f  f  + Để sửa tật mắt ta phải đeo thấu kính có độ tụ (tiêu cự) thích hợp cho mắt nhìn rõ vật mắt bình thường Cụ thể:  Với mắt cận thị: - Tiêu cự kính phải đeo: f k  Ok Cv - Điểm xa kính đeo nhìn rõ vơ cực; điểm gần đeo kính nhìn rõ d c , với:  1  '  d c dc f k d ' c  Ok Oc  Với mắt viễn thị: - Tiêu cự kính phải đeo: f k  Ok Cv - Điểm xa đeo kính nhìn rõ vơ cực; điểm gần đeo kính nhìn rõ d c , với: 1  '  d c dc f k d ' c  Ok Oc  + Khi đeo kính, người ta quan sát nhìn thấy ảnh vật khơng nhìn thấy trực tiếp vật, ảnh vật qua kính phải lên khoảng nhìn rõ mắt: từ Cc đến Cv - Một số ý: Chú ý khác phương diện quang học máy ảnh mắt mục 1, phần Về kiến thức kĩ Với dạng tập kính lúp Phương pháp giải là: - Sử dụng cơng thức thấu kính, với f  0,  d  f , d '  , ảnh ảo lên khoảng nhìn rõ mắt - Một số ý: Các trường hợp ngắm chừng để tính độ bội giác; ý khoảng cách l kính mắt: mắt đặt sát kính l  Với dạng tập kính hiển vi Phương pháp giải là: - Sử dụng cơng thức hệ thấu kính đồng trục, cách quãng với: d1  f1 , d1'  0, d  f , d 2'  Ảnh cuối A2 B2 lên khoảng nhìn rõ mắt - Một số ý: Các trường hợp ngắm chừng để tính độ bội giác; ý khoảng cách thị kính mắt: mắt đặt sát thị kính Với dạng tập kính thiên văn Phương pháp giải là: - Sử dụng cơng thức hệ thấu kính đồng trục, cách quãng với: d1  1 , d1'  f1 , d  f , d 2'  Ảnh cuối A2 B2 lên khoảng nhìn rõ mắt - Một số ý: Các trường hợp ngắm chừng để tính độ bội giác; ý khoảng cách l thị kính mắt: mắt đặt sát thị kính l  C CÁC BÀI TẬP VẬN DỤNG MÁY ẢNH VÀ MẮT 7.1 Vật kính máy ảnh có tiêu cự f  50mm Phim có kích thước 24mm  36mm a) Muốn chụp ảnh tòa nhà dài 50m , phải đặt máy cách vật bao nhiêu? b) Suy mối liên hệ bề rộng trường tiêu cự Bài giải a) Khoảng cách ngắn máy vật: Quá trình tạo ảnh qua vật kính máy ảnh q trình tạo ảnh qua thấu kính hội tụ nên ta áp dụng cơng thức thấu kính hội tụ Gọi AB chiều dài tịa nhà A ' B ' chiều dài ảnh tòa nhà phim - O Sơ đồ tạo ảnh: AB   A' B ' - Độ phóng đại ảnh qua thấu kính: k  - Với máy ảnh, vật thật A' B ' d ' AB   d  d ' AB d A'B' cho 1 A' B ' d'  d AB ảnh thật nên d d' dương, đó: - Từ (1) với AB khơng đổi, ta thấy: d  d ' d '  d  f  50mm  50.103 m  A ' B '  A ' B ' max   36mm  36.10 3 m - Thay vào (1), ta được: d  50.103 50  69, 44 m 36.103 Vậy: Phải đặt máy cách tịa nhà (vật) 69, 44m b) Mối liên hệ bề rộng trường tiêu cự: - Từ (1) suy ra: AB  A ' B ' d d' Với khoảng cách d từ vật đến vật kính (máy ảnh) bề rộng A ' B ' phim khơng đổi bề rộng AB trường lớn khoảng cách d ' từ ảnh (phim) đến vật kính nhỏ, tức tiêu cự f ' vật kính nhỏ (vì d  f ) Vậy: Để trường (của vật) rộng (tức chụp tòa nhà dài) tiêu cự f vật kính phải ngắn 7.2 Vật kính máy ảnh có tiêu cự f  10cm a) Vật kính thấu kính phẳng lồi, có bán kính mặt cầu 5cm Tính chiết suất thấu kính b) Máy dùng để chụp ảnh người cao 1,5m đứng cách máy 5m Tính chiều cao ảnh phim c) Người nói xe đạp theo phương vng góc với quang trục máy với vận tốc 9km / h Tính thời gian mở chắn để ảnh phim có độ nhịe khơng q 0, 2mm Bài giải a) Chiết suất thấu kính:  1    n  1    f  R1 R2  - Với thấu kính mỏng, ta có: - Vì thấu kính phẳng lồi nên R2   R1  R nên: 1 R   n  1  n      1,5 f R f 10 Vậy: Chiết suất thấu kính n  1,5 b) Chiều cao ảnh phim: - O Sơ đồ tạo ảnh: AB   A ' B ' với d  5m  500cm; f  10cm d' - df 500.10 A' B ' d'   10, 20cm k   d  f 500  10 d AB Vì d d ' dương, nên: A' B ' d ' d' 10, 20   A ' B '  AB  150  3, 06cm AB d d 500 Vậy: Chiều cao ảnh phim 3, 06cm c) Thời gian mở chắn để ảnh phim có độ nhịe khơng 0, 2mm Gọi v vận tốc người xe đạp; t thời gian mở chắn; s  AC  vt quãng đường người khoảng thời gian mở chắn; s '  A ' C ' ảnh s phim (cũng độ nhịe phim) Ta có: d ' s' s' s 'd   t  d s vt vd ' với s '  0, 2mm  0, 02cm; d  500cm; v  9km / h  250cm / s; d '  10, 20cm 0, 02.500 t  3,92.103 s  0, 004 s 250.10, 20 Vậy: Thời gian mở chắn để ảnh phim có độ nhịe khơng q 0, 2mm t  0, 004 s 7.3 Vật kính máy ảnh coi thấu kính hội tụ mỏng  O1  có tiêu cự f1  10cm a) Dùng máy để chụp ảnh máy bay dài 20m cách máy 5km Tính độ dài ảnh b) Để có ảnh lớn hơn, ta đặt vật kính phim thấu kính phân kì  O2  có tiêu cự f  2cm Để ảnh rõ nét, phải đưa phim xa vật kính thêm đoạn b  6, 4cm so với trước Tính khoảng cách hai thấu kính độ lớn ảnh c) Thay hệ  O1O2  thấu kính  O3  Để ảnh máy bay độ lớn tiêu cự  O3  phải bao nhiêu? Bài giải a) Độ dài ảnh: Quá trình tạo ảnh qua vật kính máy ảnh trình tạo ảnh qua thấu kính hội tụ nên ta áp dụng cơng thức thấu kính hội tụ Gọi AB chiều dài máy bay A1 B1 chiều dài ảnh máy bay phim - O1 Sơ đồ tạo ảnh: AB   A1 B1 - Ta có: d1'  k d1 f1 500000.10   10cm d1  f1 500000  10 A' B ' d'  d1 AB Vì vật thật cho ảnh thật nên d1 d1' dương, nên độ lớn ta có: A1 B1 d1' d' 10   A1 B1  AB  2000  0, 04cm  0, 4mm AB d1 d1 500000 Vậy: Độ dài ảnh phim 0, 4mm Nhận xét: d1  500000cm  f1  10cm nên coi vật AB (máy bay) xa vơ qua thấu kính hội tụ  O1  cho ảnh thật A1 B1 tiêu diện ảnh O1  d1'  f1  10cm  b) Khoảng cách hai thấu kính độ lớn ảnh: - Khoảng cách hai thấu kính: O1 O2 Sơ đồ tạo ảnh: AB   A1 B1   A2 B2 với d1 d1' có giá trị câu a Đặt O1O2  a  cm  , ta có: d  O1O2  d1'  a  10 d 2'  1  a  10  2   2a  20  2a  20 d2 f2  d  f a  10   2  a 8 8a  2 Để ảnh rõ nét, phải đưa phim xa vật kính thêm đoạn b  6, 4cm so với trước nên: d 2'  O2 A2  O1 A1  A1 A2  O1O2  d 2'  d1'  b  a  10  6,  a  16,  a Từ (2) (3) suy ra:  3 2a  20  16,  a  a  26, 4a  151,  8a 4 Phương trình (4) có hai nghiệm dương a  18cm a  8, 4cm Vì ảnh A2 B2 phim ảnh thật nên A1 B1 phải vật ảo thấu kính phân kì O2 sau O2 theo chiều truyền ánh sáng, suy a  d1'  10cm  a  8, 4cm Vậy: Khoảng cách hai thấu kính 8, 4cm - Độ lớn ảnh: Thay a  8, 4cm vào (1) (3) ta được: d  8,  10  1, 6cm; d 2'  16,  8,  8cm Mặt khác, độ phóng đại (về độ lớn) qua hệ  O1O2  là: k  A2 B2 A2 B2 A1 B1 d' d' 10       104 AB A1 B1 AB d2 d1 1, 500000  A2 B2  AB k  2000.104  0, 2cm  2mm Vậy: Độ lớn ảnh phim đặt thêm thấu kính phân kì  O2  2mm c) Tiêu cự O3 - O3 Sơ đồ tạo ảnh: AB   A' B ' - Vì ảnh máy bay có độ lớn câu b nên số phóng đại nhau: k'  k   - d'  d '  d k  500000.104  50cm d Tiêu cự thấu kính O3 là: f  dd ' 500000.50   49,995cm  50cm d  d ' 500000  50 Vậy: Để ảnh máy bay độ lớn câu b phải thay hệ  O1O2  thấu kính hội tụ O3 có tiêu cự f  50cm 7.4 Vật kính máy ảnh coi thấu kính hội tụ mỏng  O  có tiêu cự f  12cm Khoảng cách từ vật kính tới phim biến thiên liên tục từ 12cm đến 12,5cm a) Máy chụp ảnh vật đặt cách vật kính khoảng nào? b) Để chụp ảnh vật cách vật kính 1, 2m người ta gắn thêm vào trước vật kính thấu kính mỏng  O '  sát vào vật kính Hỏi  O '  thấu kính gì, có độ tụ bao nhiêu? Bài giải a) Khoảng cách vật trước máy ảnh vật kính O : O Sơ đồ tạo ảnh: AB   A1 B1 Ta có: d  d' f d ' f Khi d '  12cm  d  12.12  12  12 Khi d '  12, 5cm  d  12,5.12  300cm  3m 12,5  12 Vậy: Máy chụp ảnh vật đặt cách vật kính khoảng từ 3m đến  b) O ' thấu kính có độ tụ bao nhiêu? - Hai thấu kính đồng trục ghép sát tương đương với thấu kính có độ tụ tổng độ tụ hai thấu kính Gọi f ' D ' tiêu cự độ tụ thấu kính O ' ; f h Dh tiêu cự độ tụ hệ hai thấu kính ghép sát, ta có: Dh  D  D '  D '  Dh  D  - O ,O ' Sơ đồ tạo ảnh: AB   A2 B2 Ta có: f h  dd '  d  1, 2m  120cm  d d' 1  fh f 1 ...  l  7. 6  ( l khoảng cách thị kính mắt)  7. 7  + Khi ngắm chừng Cc : Gc  k + Khi ngắm chừng vô cực: G  k1G2   D f1 f  7. 8 ( Đ  25cm,   F1'' F2  O1O2   f1  f  : độ dài quang. .. 1cm / s; d ''  6, 67cm t  0, 01.60  0, 09 s 1.6, 67 Vậy: Thời gian tối đa mở cửa sập máy 0, 09s 7. 7 Một mắt có tiêu cự thủy tinh thể 18mm không điều tiết a) Khoảng cách từ quang tâm mắt đến... '' l  7. 3 ( l khoảng cách kính mắt)  7. 4  + Khi ngắm chừng Cc : Gc  k + Khi ngắm chừng vô cực: G  D f  7. 5 ( Đ  25cm, f Đ đơn vị) Kính hiển vi - Định nghĩa: Kính hiển vi hệ quang học