XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO

57 805 1
XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã cho ra đời những sản phẩm kỹ thuật hữu ích cho đời sống. Một trong các sản phẩm đó phải kể đến các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt như: Kính thiên văn, kính lúp, kính hiển vi, máy ảnh. Kính thiên văn giúp con người quan sát những vật thể ở xa trong vũ trụ, ví dụ như giúp chúng ta có thể quan sát được chuyển động của các hành tinh xung quanh Mặt trời, quan sát và nghiên cứu các ngôi sao, các thiên hà ở rất xa, tìm hiểu cấu trúc của vũ trụ…

111111515 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ HOÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO MẮT Chuyên ngành: Vật lý đại cƣơng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Th.S HOÀNG VĂN QUYẾT HÀ NỘI - 2014 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian vừa qua, được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trong khoa Vật Lý trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt”. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Th.S Hoàng Văn Quyết Người đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn tận tình để em hoàn thiện khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong tổ vật lý đại cương và thư viện nhà trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Hoài LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những nội dung tôi đã trình bày trong khóa luận này là kết quả của quá trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của thầy cô giáo, đặc biệt là thầy giáo Th.S Hoàng Văn Quyết. Những nội dung này không trùng lặp với kết quả nghiên cứu của tác giả khác. Hà Nội, tháng 5 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Hoài MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lí do chọn đề tài 2 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 4. Đối tượng nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu 2 NỘI DUNG Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 1.1. Chức năng của mắt 3 1.1.1. Cấu tạo quang học của mắt 3 1.1.2. Các khái niệm cơ bản 3 1.1.3. Góc trông vật và năng suất phân li của mắt 4 1.1.4. Các tật của mắt và cách khắc phục 5 1.2. Máy ảnh 7 1.2.1. Định nghĩa 7 1.2.2. Cấu tạo 7 1.2.3. Cách điều chỉnh máy để chụp ảnh 7 1.3. Kính lúp 8 1.3.1. Định nghĩa 8 1.3.2. Cách ngắm chừng qua kính lúp 8 1.3.3. Số bội giác của kính lúp 9 1.4. Kính hiển vi 10 1.4.1. Công dụng và cấu tạo của kính hiển vi 10 1.4.2. Ngắm chừng qua kính hiển vi 11 1.4.3. Số bội giác của kính hiển vi 12 1.5. Kính thiên văn 13 1.5.1. Công dụng và cấu tạo của kính thiên văn 13 1.5.2. Ngắm chừng qua kính thiên văn 13 1.5.3. Số bội giác của kính thiên văn 14 Chƣơng 2: HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO MẮT 15 2.1. Các bài toán về mắt 15 2.1.1. Dạng 1: Tìm kính thuốc cho mắt cận thị 15 2.1.2. Dạng 2: Tìm kính thuốc cho mắt viễn thị 17 2.1.3. Dạng 3: Tìm kính thuốc cho mắt người già 20 2.2. Các bài toán về máy ảnh 23 2.2.1. Dạng 1: Xác định vị trí của phim và độ lớn của ảnh trên phim 23 2.2.2. Dạng 2: Máy ảnh chụp vật ở xa 26 2.2.3. Dạng 3: Máy ảnh chụp vật trong nước 29 2.2.4. Dạng 4: Độ nhòe của ảnh, xác định thời gian bấm máy 32 2.3. Các bài toán về kính lúp 34 2.3.1. Dạng 1: Xác định phạm vi ngắm chừng qua kính lúp 34 2.3.2. Dạng 2: Xác định độ bội giác của kính lúp 37 2.4. Các bài toán về kính hiển vi 39 2.4.1. Dạng 1: Xác định phạm vi ngắm chừng qua kính hiển vi 39 2.4.2. Dạng 2: Xác định độ bội giác của kính hiển vi 42 2.5. Các bài toán đối với các dụng cụ nhìn xa như kính thiên văn, ống nhòm Galilê 45 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Quang học là một khoa học nghiên cứu về bản chất của ánh sáng về sự lan truyền và tương tác của nó với vật chất. Ở THPT, Quang học được đưa vào giảng dạy ở lớp 11 và 12, nó cung cấp cho học sinh một bức tranh tổng quan về bản chất ánh sáng. Quang học được chia làm hai loại: Quang hình học và Quang lý học. Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã cho ra đời những sản phẩm kỹ thuật hữu ích cho đời sống. Một trong các sản phẩm đó phải kể đến các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt như: Kính thiên văn, kính lúp, kính hiển vi, máy ảnh. Kính thiên văn giúp con người quan sát những vật thể ở xa trong vũ trụ, ví dụ như giúp chúng ta có thể quan sát được chuyển động của các hành tinh xung quanh Mặt trời, quan sát và nghiên cứu các ngôi sao, các thiên hà ở rất xa, tìm hiểu cấu trúc của vũ trụ… Kính hiển vi giúp ta quan sát những vật có kích thước rất nhỏ, nhờ đó mà ta có thể quan sát được các tế bào hồng cầu, nấm, vi khuẩn, tinh trùng và các vi sinh vật trong nước… Hơn thế kính hiển vi còn được dùng phổ biến trong vật lí, công nghệ, y sinh học và là thiết bị dùng để nghiên cứu cấu trúc, vi cấu trúc của vật chất… Kính lúp giúp ta phóng đại các vật nhỏ để quan sát được một cách dễ dàng. Máy ảnh giúp con người lưu lại những kỉ niệm vui buồn, những khoảnh khắc đáng nhớ trong cuộc sống… Qua quá trình tìm hiểu của em thì ngoài các ứng dụng đã kể trên của các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt thì bài tập về mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt là rất hay, quan trọng và không kém phần khó nên em đã bắt tay vào việc nghiên cứu hệ thống bài tập của chúng. Chính vì vậy mà em 2 đã chọn đề tài “Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt” làm khóa luận xét tốt nghiệp của mình. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu cấu tạo quang học của mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt. Phân loại các dạng bài tập về mắt và các dụng cụ quang học như máy ảnh, kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn và đưa ra phương pháp giải cho từng dạng bài tập. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Khái quát lí thuyết về “Mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt”. Phân dạng và xây dựng hệ thống bài tập về “Mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt”. 4. Đối tƣợng nghiên cứu Các kiến thức lí thuyết, bài toán về “Mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt”. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Tìm hiểu, tra cứu, đọc các tài liệu liên quan. Giải các bài tập về mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt. 3 NỘI DUNG CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Chức năng của mắt Mắt giống như một thấu kính hội tụ. Nó có chức năng tạo ra ảnh thật, nhỏ hơn vật trên một lớp tế bào nhạy với ánh sáng, để từ đó tạo ra những tín hiệu thần kinh đưa lên não. 1.1.1. Cấu tạo quang học của mắt - Mắt là một hệ quang học, là một khối hình cầu, ngoài cùng là một màng mỏng trong suốt, cứng như sừng gọi là giác mạc. Tiếp theo là một chất lỏng trong suốt, có chiết suất n  1,333 gọi là thủy dịch, rồi đến thủy tinh thể, dịch thủy tinh và tận cùng phía trong là võng mạc. + Thủy tinh thể là một thấu kính hội tụ, có thể thay đổi tiêu cự nhờ độ cong của các mặt thể thủy tinh thay đổi do sự điều khiển của cơ vòng. + Võng mạc đóng vai trò như một màn ảnh, mà ảnh của vật cần hiện lên ở đây. Trên võng mạc gồm nhiều tế bào hình que, hình nón nhạy với ánh sáng các màu khác nhau gây cho ta cảm giác về hình khối và màu sắc của vật mà ta quan sát. Trên võng mạc còn có điểm vàng V rất nhạy sáng và điểm mù M không cảm nhận về ánh sáng, vì tại đó các dây thần kinh phân nhánh và không có đầu dây thần kinh thị giác. + Khoảng cách từ quang tâm O của thủy tinh thể đến võng mạc là không đổi (d’ gần bằng 2,2 cm), chỉ có độ cong các mặt của thể thủy tinh là có thể thay đổi được để làm thay đổi độ tụ của thấu kính mắt. 1.1.2. Các khái niệm cơ bản Ta có: 1 1 1 'f d d  trong đó :     d thay ®æi ®îc d' OV const  f thay đổi được 4 Do đó, sự thay đổi độ cong của các mặt của thủy tinh thể (tức thay đổi độ tụ hay tiêu cự của nó) để làm cho ảnh của vật cần quan sát hiện rõ trên võng mạc gọi là sự điều tiết của mắt. - Điểm xa nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật tại đó mắt còn có thể nhìn thấy rõ vật gọi là điểm cực viễn (C v ). Khi nhìn một vật ở điểm cực viễn thì mắt ở trạng thái thoải mái nhất vì không phải điều tiết, thủy tinh thể ở trạng thái dẹp nhất và mắt nhìn rõ được vật ở điểm cực viễn (f max = 0V). - Điểm gần nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật tại đó mắt còn có thể điều tiết để nhìn rõ vật gọi là điểm cực cận (C c ). Khi nhìn vật ở điểm cực cận mắt phải điều tiết tối đa, thủy tinh thể căng phồng cực đại do đó rất chóng mỏi mắt. - Mắt không có tật quang học thì OC c = Đ = 25 cm gọi là khoảng thấy rõ ngắn nhất, còn C v ở rất xa người ta bảo C v ở vô cùng. 1.1.3. Góc trông vật và năng suất phân ly của mắt Điều kiện để mắt còn phân biệt được hai điểm A, B không những phụ thuộc vào 2 điểm đó có nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt hay không mà còn phụ thuộc vào một đại lượng được gọi là góc trông vật. Góc trông vật AB là góc  . Từ hình 1.1 ta có: tan AB d   (d = OA) (1.1) Năng suất phân ly của mắt (kí hiệu là  ) là góc trông nhỏ nhất min  giữa 2 điểm gần nhau nhất của một vật mà mắt có thể phân biệt được hai điểm đó. 5 Năng suất phân ly phụ thuộc vào mắt của từng người, đối với mắt thường 4 min 1' 3.10 rad      (1.2) 1.1.4. Các tật của mắt và cách khắc phục Có ba loại tật thường gặp ở mắt là cận thị, viễn thị và lão thị. a, Mắt cận thị Mắt cận thị là mắt khi không điều tiết thì tiêu điểm F’ của mắt nằm trước võng mạc (f max < OV), do đó mắt này không thể nhìn rõ vật ở xa vô cực. Đối với người cận thị điểm cực cận ở gần mắt hơn so với mắt bình thường. Điểm cực viễn (C v ) của mắt nằm cách mắt một khoảng không lớn (cỡ 2m trở lại, tùy thuộc vào mắt bị cận nhẹ hay nặng), sao cho khi đặt vật tại C v thì ảnh hiện rõ trên võng mạc mà mắt không phải điều tiết. Để mắt cận có thể nhìn rõ được vật ở xa như mắt bình thường thì phải làm thế nào cho ảnh của vật qua thấu kính mắt hiện rõ trên võng mạc thì hiện nay có hai cách: + Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc. + Dùng một thấu kính phân kì có độ tụ thích hợp đeo trước mắt hay gắn nó sát giác mạc để nhìn rõ vật ở xa vô cực mà không phải điều tiết. Khi đó tiêu cự f k được xác định theo công thức: f k = () v OC l (1.3) l là khoảng cách từ kính đến mắt, dấu “  ” ứng với thấu kính phân kì. Khi đeo kính này điểm cực cận cũng lùi xa mắt hơn khi không đeo kính. V F’ S ∞ Hình 1.2: Mắt cận thị [...]...  1 tan  0 f 2 14 (1.17) CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO MẮT 2.1 Các bài toán về mắt 2.1.1 Dạng 1: Tìm kính thuốc cho mắt cận thị 2.1.1.1 Phương pháp Đặc điểm cấu tạo: Mắt cận thị là mắt không thể nhìn rõ các vật ở xa vô cực (fmax  OV  OCv hữu hạn) Vì vậy muốn mắt nhìn thấy rõ vật ở xa vô cực mà không phải điều tiết thì cho mắt đeo thấu kính có độ tụ thích hợp... của mắt khi dùng kính: d1c  l  d  d1v  l 2.1.1.2 Bài tập Bài 1 Mắt của một người có điểm cực cận cách mắt 10 cm và điểm cực viễn cách mắt 40 cm 1 Mắt của người này bị tật gì? Muốn nhìn rõ vật ở xa mà không cần điều tiết người đó phải đeo kính có độ tụ bao nhiêu? Cho biết kính cách mắt 2 cm 2 Khi đeo kính trên người này có thể nhìn thấy điểm gần nhất cách mắt bao nhiêu? Bài Giải 1 Mắt của học sinh... cực mắt không phải điều tiết và số bội giác của kính không phụ thuộc vào vị trí đặt mắt Đối với các kính lúp thông dụng người ta lấy Đ = 0,25 m còn f vào cỡ 0,1m đến 0,01m nên G cỡ từ 2,5 đến 25 và thường được ghi ngay trên vành kính Trên vành kính có ghi Xn là độ bội giác khi ngắm chừng ở vô cực bằng n 1.4 Kính hiển vi 1.4.1 Công dụng và cấu tạo của kính hiển vi Kính hiển vi là một dụng cụ quang học. .. Xét hai tam giác đồng dạng A1B1F’1 và O1IF’1 trên hình 1.9 ta có: A1B1 A1B1 F1 ' F2     AB O1I O1F1 ' f1    l  ( f1  f 2 ) (   F1 ' F2 gọi là độ dài quang học của kính hiển vi) Vậy: G  Đ (1.15) f1 f 2 1.5 Kính thiên văn 1.5.1 Công dụng và cấu tạo của kính thiên văn Kính thiên văn là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt để quan sát các vật ở rất xa bằng cách tạo ảnh có góc trông lớn hơn góc... một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trong việc quan sát các vật nhỏ Nó có tác dụng làm tăng góc trông ảnh bằng cách tạo ra một ảnh ảo lớn hơn vật, cùng chiều với vật và nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt - Kính lúp đơn giản nhất là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (f  10 cm) 1.3.2 Ngắm chừng qua kính lúp Muốn quan sát rõ một vật qua kính ta phải điều chỉnh vị trí của vật hoặc kính để sao cho. .. 16 Vậy khi đeo kính trên học sinh này có thể nhìn thấy điểm gần nhất cách mắt một khoảng là: l + dB = 12,13 cm Bài 2 Một người cận thị có điểm cực viễn cách mắt 45 cm 1 Xác định độ tụ của kính cần đeo để người này nhìn rõ các vật ở xa vô cùng mà không phải điều tiết, kính cách mắt 5 cm 2 Khi đeo kính người này có thể đọc được sách cách mắt gần nhất 25 cm Hỏi khoảng cực cận của mắt khi không đeo kính... trong khoảng nhìn rõ của mắt Cách quan sát và điều chỉnh như vậy gọi là cách ngắm chừng - Khi ngắm chừng, nếu điều chỉnh kính sao cho ảnh hiện lên ở điểm cực cận (Cc) của mắt thì đó là ngắm chừng ở điềm cực cận Trong trường hợp này thủy tinh thể phồng nhiều nhất (mắt điều tiết cực đại) nên rất mỏi mắt - Để đỡ mỏi mắt người ta thường điều chỉnh sao cho ảnh nằm ở điểm cực viễn (Cv) Cách đó được gọi là ngắm... hội tụ có độ tụ thích hợp sao cho có thể nhìn rõ các vật ở xa vô cực mà mắt không cần phải điều tiết + Đeo kính hội tụ thích hợp sao cho có thể nhìn rõ các vật gần nhất cách mắt khoảng từ 15 cm đến 20 cm, gần giống như mắt bình thường Khi đeo kính này thì mắt nhìn vật ở xa vô cực cũng đỡ phải điều tiết hơn khi không đeo kính 6 c, Mắt lão thị Lão thị là tật thông thường của mắt ở những người nhiều tuổi,... 20 cm và d = 7 cm 2.1.2 Dạng 2: Tìm kính thuốc cho mắt viễn thị 2.1.2.1 Phương pháp Đặc điểm cấu tạo: Mắt viễn thị là mắt nhìn các vật ở gần kém hơn so với mắt bình thường (fmax > OV  Cv là điểm ảo) Vì vậy muốn nhìn được rõ các vật ở gần mà không phải điều tiết cho mắt đeo thấu kính có độ tụ thích hợp Ok AB d1c d1v M A1B1 d'1c Cc d2c = OCc d'1v Cv d2v = OCc A2B2 Muốn quan sát vật ở gần như mắt tốt... sẽ thấy rõ vật ở vô cực mà không phải điều tiết Bài 2 Một mắt có tiêu cự là 18 mm khi không điều tiết 1 Khoảng cách từ quang tâm mắt đến võng mạc là 15 mm Mắt bị tật gì? 2 Tính tiêu cự và tụ số của thấu kính phải mang để mắt thấy vật ở vô cực không phải điều tiết (kính ghép sát mắt) Đáp số: 1 Viễn thị; 2 9 cm, 11,1 dp 19 2.1.3 Dạng 3: Tìm kính thuốc cho mắt người già 2.1.3.1 Phương pháp Do tật lão thị . TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ HOÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO MẮT Chuyên ngành: Vật lý đại cƣơng. là cận thị, viễn thị và lão thị. a, Mắt cận thị Mắt cận thị là mắt khi không điều tiết thì tiêu điểm F’ của mắt nằm trước võng mạc (f max < OV), do đó mắt này không thể nhìn rõ vật ở xa. kính hiển vi, k 1 là độ phóng đại của vật kính, k 2 là độ phóng đại của thị kính. - Khi ngắm chừng ở cực điểm cận thì 2 'dl Đ nên: 12 . c G k k (1.12) - Khi ngắm chừng ở điểm cực

Ngày đăng: 01/04/2015, 09:58

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan