Lý thuyết - Bài tập chương Mắt - dụng cụ quang

Trường THPT Đô lương 3 Mắt và các dụng cụ quang họcLÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG: MẮT - CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC  Học sinh nắm được cấu tạo của lăng kính, đặc điểm và các công thức về lăng

Trường THPT Đô lương 3 Mắt và các dụng cụ quang học

LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP

CHƯƠNG: MẮT - CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC

 Học sinh nắm được cấu tạo của lăng kính, đặc điểm và các công thức về lăng kính

 Học sinh nắm được cấu tạo, phân biệt các loại thấu kính mỏng,trình bày được các khái niệm về quang tâm, trục,tiêu điểm (ảnh,vật),tiêu cự,độ tụ

 Học sinh vẽ được ảnh tạo bởi thấu kính và nêu được đặc điểm của ảnh

( thật ,ảo,;chiều;độ lớn).Vận dụng được các công thức về thấu kính giãi các bài tập về thấu kính và bài tập đơn giản về hệ thấu kính

 Học sinh nắm được cấu tạo, đặc điểm của mắt, phân biệt được ba tật cơ bản của mắt và cách khắc phục các tật này

 Học sinh nắm được cấu tạo, đặc điểm và các công thức về các dụng cụ : kính lúp, lính hiển vi, kính thiên văn

 Vận dụng các kiến thức trên giải các bài tập cơ bản về kính lúp, lính hiển vi, kính thiên văn

 Rèn luyện cho học sinh có kỹ năng hiểu, biết và vận dụng, có kỹ năng nhận dạnh các bài toán cỏ bản về quang hình học để giải một số bài tập về mắt và các dụng

cụ quang học

 Tạo cho học sinh có thói quen tự lực nghiên cứu, yêu khoa học, đặc biệt tự học tập ở nhà

Trong chủ đề này gồm có:

1 Lý thuyết cơ bản về mắt và các dụng cụ quang học

2 Phân dạng bài tập và phương pháp giải

ÔN TẬP LÝ THUYẾT

I LĂNG KÍNH:

1.Định nghĩa: Lăng kính là một khối chất trong suốt, đồng chất (thuỷ tinh, nhựa, nước…) thường có dạng hình lăng trụ tam giác”

2 Đường đi của tia sáng qua lăng kính

3 Công thức lăng kính:

Ta có:

sin i 1 = n sin r 1

sin i 2 = n sin r 2

A = r 1 + r 2

D = i 1 + i 2 - A

4 Công dụng của lăng kính:

- Dùng trong máy quang phổ để tán sắc ánh sáng

- Lăng kính phản xạ toàn phần

II.THẤU KÍNH MỎNG:

1 Định nghĩa :“Thấu kính là một khối chất trong suốt( thuỷ tinh hay nhựa ) giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc bởi một mặt cầu và một mặt phẳng”

2 Phân loại trong không khí : + Thấu kính hội tụ : thấu kính rìa mỏng,thấu kính lồi + Thấu kính phân kỳ : thấu kính rìa dày,thấu kính lõm 3.Đặc điểm:

+Một thấu kính mỏng có một quang tâm O,một trục chính ,vô số trục phụ

+ Một thấu kính có hai tiêu điểm F'( tiêu điểm ảnh ) F (tiêu điểm vật) đối xứng qua quang tâm O Có vô ssố tiêu điểm phụ F' n Mổi trhấu kính có 2 tiêu diện: tiêu điên ảnh và tiêu diện vật.Thấu kính hội tụ thì F'thì tiêu điểm ảnh thật

 Vẽ ảnh của một vật qua thấu kính :

+ Ảnh thật : Mổi ảnh điểm là thật nếu chùm tia ló là chùm tia hội tụ,ảnh ảo: nếu mỗi ảnh điểm là ảo nếu chùm tia ló là chùm tia phân kỳ

+ Cách vẽ ảnh:

Ta có thể vẽ 2 trong số 3 tia đặc biệt sau:

- Tia BO, đi qua ngang tâm O của thấu kính Tia này truyền thẳng

- Tia BI song song với trục chính của thấu kính Tia này, khi ló ra sẽ đi qua tiêu điểm ảnh F’ của thấu kính (hoặc có đường kéo dài qua F’)

- Tia BF, đi qua tiêu điểm vật F (hoặc có đường kéo dài qua F’) Tia này ló ra sẽ đi song song với trục chính của thấu kính Các tia này (hoặc các đường kéo dài của chúng) cắt nhau ở B’, ảnh của B

Trường THPT Đô lương 3 Mắt và các dụng cụ quang học

 Công thức thấu kính :

+Tiêu cự và độ tụ:

D1f trong đó f (m) D đơn vị đo là điốp (dp)

+ Công thức thấu kính:

f: Tiêu cự

d: Khoảng cách từ vật đến quang tâm O

d ’: Khoảng cách từ ảnh đến quang tâm O

Vật thật: d > 0 Vật ảo: d < 0 Ảnh thật: d ’ > 0

Ảnh ảo: d ’ < 0

Thấu kính hội tụ: f > 0 , D>0 Thấu kính phân kỳ: f < 0 ,D<0

Số phóng đại của ảnh:

Hoặc d f

f K







k > 0: Ảnh cùng chiều vật

k < 0: Ảnh ngược chiều

4 Công dụng của thấu kính : Được dùng làm : khắc phục các tật của mắt,kính

lúp ,kính hiển vi ,kính thiên văn,ống nhòm,đèn chiếu

III HỆ HAI THẤU KÍNH

2 2

2 1 1 ' 1 1

1

;

O B A d d

O AB

2 Các công thức tinh toán:

+Ta có : d2= l - '

1

d hay '

1

d +d2=l + Số phóng đại ảnh sau cùng: k= k1.k2

+ khi hệ ghép sát đồng trục thì : 1 2

2 1

1 1 1

D D hayD f f

f    

VI.Mắt và các tật của mắt

1 MẮT : Mắt hoạt động như là một máy ảnh ,trong đó có hai bộ phận chính :

+ Thấu kính mắt đóng vai trò như là vật kính

+ Màng lưới có vai trò như phim

2 Đặc điêm của mắt

+ Nhình thấy một vật : Ảnh hiện rõ màng lưới

+ Điều tiết: Thay đổi tiêu cự C V : fmax ( không điều tiết)

+C C : fmin ( điều tiết tối đa)

+ Năng suất phân ly: 1 '

3500

1







3 Mắt cận thị

“Mắt không có tật là mắt khi không điều tiết, có tiêu điểm nằm trên võng mạc”

“Mắt cận thị là mắt, khi không điều tiết, có tiêu điểm nằm trước võng mạc”

Mắt cận thị có độ tụ lớn hơn mắt bình thường fmax<OV khoảng cách OCV hửu

hạn,điểm CC gần mắt bình thường hơn

Cách khắc phục: Mắt cận thị phải đeo thấu kính phân kỳ (coi như đặt sát mắt) sau cho ảnh của các vật ở vô cực qua thấu kính hiện lên ở diểm cực viễn của mắt Tiêu cự của kính sẽ bằng khoảng cách từ quang tâm của mắt đến điểm cực viễn

f = - OC v

4 Mắt viễn thị

“Mắt viễn thị là mắt, khi không điều tiết, có tiêu điểm nằm sau võng mạc” Mắt viễn thị có độ tụ nhỏ hơn mắt bình thường : fmax>OV , mắt viễn thị nhìn vật ở vô cùng phải điều tiết ; điểm CC xa mắt bình thường hơn

Cách khắc phục :Mắt viễn thị phải đeo thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp.Tiêu cự kính phải đeo có giá trị thích hợp để ảnh ảo của điểm gần nhất mà người mà người viển thị muốn quan sát được tạo ra tại điểm cực cận của mắt

Trường THPT Đô lương 3 Mắt và các dụng cụ quang học

5 Mắt lão: Khi lớn tuổi mắt không tật ( có điẻm CC dời xa mắt),mắt cận thị mắt viễn thị đều có thêm tật lão thị

Khắc phục tật này phải đeo kính hội tụ có độ tụ thích hợp như mắt viễn thị

V KÍNH LÚP:

* Kính lúp:

“Kính lúp là dụng cụ quang học hỗ trợ cho mắt trông việc quan sát các vật nhỏ Nó

có tác dụng làm tăng góc trông ảnh bằng cách tạo ra 1 ảnh ảo lớn hơn vật và nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt”

+ Cấu tạo : Một thấu kính hội tụ có tiêu cự nhỏ ( vài cm)

+ Để tạo được ảnh quan sát qua kính kúp thì phải đặt vật từ O đến tiêu điêm F và ảnh nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt

Số bội giác khi ngắm chừng vô cực :

Đ: Khoảng nhìn rõ ngắn nhất của mắt (Đ = OC c )

+Công dụng: quan sát những vật nhỏ ( các linh kiên đồng hồ điện tử )

VI KÍNH HIỂN VI

* Kính hiển vi:

“Kính hiển vi là dụng cụ quang học hỗ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của những vật rất nhỏ, với số bội giác lớn hơn rất nhiều so với số bội giác của kính lúp” + Cấu tạo : gòm 2 bộ phận chính

- Vật kính hộitụ L1 có tiêu cự rất nhỏ ( cở mm)

- Thị kính là kính lúp L2

Vật kính và thị kính được ghép đồng trục O1O2=l không đổi với F1'F2   Là độ dài quang học

+Điều chỉnh kính hiển vi : đưa ảnh sau cùng của vật hiện ra trong khoảng CCCV của mắt

+ Khi ngắm chừng ở vô cực :

 : Độ dài quang học của kính hiển vi

f 1 , f 2: Tiêu cự của vật kính và thị kính +Công dụng: quan sát những vật rất nhỏ ( các vi rút, mô tế bào )

VII: KÍNH THIÊN VĂN:

* Kính thiên văn:

“Kính thiên văn là dụng cụ quang học hổ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của những vật rất xa(các thiên thể)”

+ Cấu tạo : gòm 2 bộ phận chính

- Vật kính hộitụ L1 có tiêu cự rất lớn ( có thể hàng chục m)

- Thị kính là kính lúp L2

Vật kính và thị kính được ghép đồng trục O1O2=l thay đổi được

+Điều chỉnh kính thiên văn : đưa ảnh sau cùng của vật hiện ra trong khoảng CCCV của mắt

+ Số bội giác khi ngắm chừng ở vô cực:

Trường THPT Đô lương 3 Mắt và các dụng cụ quang học

f 1: Tiêu cự của vật kính

2

f

tiêu cự của thị kính +Công dụng: quan sát những vật rất lớn nhưng ở xa ( các thiên thể ,các vật lớn ở xa

mà mắt thường không nhìn thấy )

B BÀI TẬP

I BÀI TẬP VÍ DỤ :

sáng đơn sắc nằm trong một thiết diện thẳng của lăng kính, vào mặt bên của lăng kính dưới góc tới i 45 .Tính góc ló và góc lệch của tia sáng

Bài làm:

Áp dụng các công thức lăng kính ta có :

sin sini nsinr sinr i

n

sin 45

2





+ A= r1+r2  r2= 60  -30  =30 

+ sini2 nsinr2 sini2 2.sin 30  i2 45

+ D= i1+i2-A= 45 +45 -60  =30 

Bài 2: Đặt một vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính A nằm trên trục

chính Gọi O,F, '

F quang tâm tiêu điểm của thấu kính Xác định vị trí tính chất, độ lớn của ảnh khi vật AB nằm ngoài 2.0F; AB nằm tại2.0F; AB nằm ngoài 0F ;AB nằm tại 0F; AB nằm trong 0F Trong 2 trường hợp sau:

a, Thấu kính hội tụ

b, Thấu kính phân kỳ

Bài làm:

Bằng cách vẽ ảnh của vật AB theo cách khoảng cách đả cho ta có bảng giá trị của d, d'

a, Thấu kính hội tụ:

Vật ảnh

Tính chất vị trí Tính chất vị trí độ lớn

d=2f f< d<2f

d = f 0< d< f

d =0

Thật Thật Thật

Không xác định

ảo Không xác định

f< '

d <2f

'

d = 2f

'

d >2f

'

d  

d'< 0

d'= 0

-1<k<0 k=-1 k<-1 Không xác định k>1

k=1

b, Thấu kính phân kỳ

Vật ảnh

Tính chất vị trí Tính chất vị trí độ lớn

d=2f f< d<2f

d = f 0< d< f

d =0

ảo

ảo

ảo

ảo

ảo Không xác định

f< d'<0 f< d'<0 f< d'<0 f< '

d <0 f< d'<0

'

d = 0

0 <k<1

k=1

Bài 3: Tính tiêu cự của thấu kính có độ tụ lần lượt là +0,5 dp; +1 dp; +5 dp; -4 dp; -2 dp; -0,4 dp; Cho biết thấu kính nào là thấu kính hội tụ, thấu kính nào là thấu kính phân kỳ

Bài làm:

Từ công thức tính độ tụ ta có: D1f

trong đó f (m) D đơn vị đo là điốp (dp) f 1

D

Thay số vào ta có được kết quả tiêu cự là : 2m; 1m ;0,2m ;-0,25m; -0,5m ; -2,5m

Thấu kính hội tụ: f > 0 , D>0 Thấu kính phân kỳ: f < 0 ,D<0

Bài 4: Đặt một thấu kính cách một trang sách 20 cm , nhìn qua thấu kính ta thấy ảnh của dòng chử cùng chiều và cao bằng một nửa các dòng chử đó Đó là thấu kính gì? Tính tiêu cự của thấu kính đó

Bài làm:

Bài làm:

+ Cho biết : d= 20cm; k=1

2 yêu cầu : Thấu kính gì? Tính f

Ta thấy ảnh của dòng chử cùng chiều và cao bằng một nửa các dòng chử đó suy ra ảnh

ảo nhỏ hơn vật nên thấu kính trên là thấu kính phân kỳ

Tiêu cự : Ta áp dụng công thức K d f f





20

f

f

 Bài 5: Đặt một vật cách một thấu kính hội tụ 12 cm ta thu được một ảnh cao gấp 3 lần vật Tính tiêu cự của thấu kính

Bài làm:

+ Cho biết : d= 12cm; k=3 yêu cầu Tính f

a, Nếu là ảnh thật thì k=- 3 Ta áp dụng công thức K d f f







12

f

f



Trường THPT Đơ lương 3 Mắt và các dụng cụ quang học

b, Nếu là ảnh ảo thì k=+3 Ta áp dụng cơng thức K d f f





12

f

f

 Bài 6: Một thấu kính hội tụ L1 tiêu cự 30cm Điểm sáng S đặt trên trục chính cách thấu kính 40cm

a/ Xác định vị trí, độ lớn tính chất ảnh của điểm sáng qua thấu kính

b/ Phía sau thấu kính ( khơng cùng phía với S) đặt thêm một thấu kính hội tụ L2 cách L1 một khảng 90cm, xác định vị trí tính chất độ lớn ảnh cuối cùng :

Bài làm:

+ Cho biết : f1=30 cm; d1=40 cm; f2=20cm;l=90cm

Yêu cầu : Tính a, '

1

d =?; k1=?

Tính b, '

2

d =?; k=?

+ Bài giải : câu a, Vị trí ảnh : ' 1

1 1

.

d f d



 thay số '

1

d = 120 cm Tính chất ảnh '

1

d >0 ảnh thật

Độ lớn ảnh k=

' 1 1

d d



= -3

Câu b, vì hệ thấu kính nên cĩ sơ đồ tạo ảnh: ' 2 2

2 2

2 1 1 ' 1 1

1

;

O B A d d

O AB

Từ trên ta cĩ '

1

d = 120 cm nên d2= l - '

1

d =90-120=-30cm

Vị trí ảnh : ' 2 2

2

2 2

.

d f d



 thay số vào '

2

d =60 cm Tính chất ảnh thật

Độ lớn ảnh:

' '

1 2

1 2

1 2

.

.

d d

k k k

d d

Bài 7: Một người cĩ mắt bình thừơng nhìn thấy được các vật ở rất xa mà khơng phải điều tiết khoảng cực cận của người này là 25 cm

Độ tụ của mắt người này khi điều tiết tối đa tăng thêm bao nhiêu?

Bài làm:

+ Cho biết : OCC= 25cm ;OCV=;OV= hằng số khơng đổi

Yêu cầu : Tính D =?

Ta cĩ phương trình tạo ảnh :

Khi nhìn điều tiết tối đa : min

min

C

D

Khi nhìn khơng điều tiết max

max

V

D

Lấy (2)-(1) ta cĩ max min

4

Bài 8 Một người cận thị lớn tuổi cĩ điểm cực viễn cách mắt 100cm và điểm cực cận cách mắt 50cm tính độ tụ của kính phải đeo để người này cĩ thể (kính đeo sát mắt ):

a, Nhìn xa vơ cùng khơng phải điều tiết

b, Đọc được trang sách khi đặt gần mắt nhất, cách mắt 25 cm

Bài làm:

+ Cho biết: OCV=100cm, OCC=50 cm,l=0

Yêu cầu : Tính a, D=?

b, d=25cm,d'= -50cm,D=?

Câu a : Để nhìn xa vơ cùng khơng phải điều tiết thì phải cĩ

f = -OCV = -100 cm= -1m nên D= 1f = -1 dp

Câu b: Để đọc trang sách gần mắt nhất, cách mắt 25 cm phải đeo kính cĩ tiêu cự xác định bởi:

d=25cm,d'= - OCC = -50cm, 1 1 1 2

0, 25 0,50

f

Bài 9: Một người mắt bị tật cĩ điểm cực viễn cách mắt 50cm và điểm cực cận cách mắt 12,5cm

a/Mắt người này bị tật gì?Tính độ tụ của TK phải đeo để tật này ( kính đeo sát mắt ) b/ Khi đeo kính khắc phục tật trên thì mắt nhìn được điểm gần nhất là bao nhiêu?

Bài làm:

+ Cho biết : OCC= 12,5cm ;OCV=50cm ;l=0

Yêu cầu : Mắt bị tật gì? tính D =? dC=?

Câu a :Do mắt cĩ OCC= 12,5cm < Đ= 25 cm mắt bị tật cận thị

Để nhìn xa vơ cùng khơng phải điều tiết thì phải cĩ :

f = -OCV = -50 cm= -0,5m nên D= 1f = -2 dp

Câu b: Khi đeo kính khắc phục tật trên nhìn vật gần nhất thi:

d'= - OCC = -12,50cm,f= - 50 cm , nên

' '

16,7

C

d f

 Bài 10 : Một người cĩ khoảng nhìn rỏ từ 20 cm đến vơ cùng Quan sát một vật nhỏ qua kính lúp cĩ ký hiệu 5X.mắt đặt sát kính.Khoảng nhìn rỏ ngắn nhất là 25 cm

a, Phải đặt vật trong khoảng nào trước kính

b, Tính số bội giác khi ngắm chừng ở vơ cực

Bài làm:

+ Cho biết : OCC= 20cm ;OCV=  ;l=0,

Yêu cầu : d c d d v; G ?

Câu a :Do kính 5X nên tiêu cự là f=25

5 = 5cm

- Khi nhìn xa vơ cùng khơng phải điều tiết thì phải cĩ :

' '

'

. v

v

f d

 f= 5cm

- Khi đeo kính lúp trên nhìn vật gần nhất thi:

d'= - OCC = -20 cm,f= 5 cm , nên

' '

4

C

d f

 Khi đeo kính nhìn vật đặt trong khoảng 4cm d  5cm

Câu b: Số bội giác khi ngắm chừng vơ cực

Thay số vào ta cĩ G 20 4

Trường THPT Đô lương 3 Mắt và các dụng cụ quang học

Bài 11 : Vật kính của kính hiển vi có tiêu cự f1= 1cm, thị kính có tiêu cự f2= 4 cm vật kính và thị kính cách nhau l= 21 cm không đổi Mắt người quan sát không bị tật đặt sát kính có khoảng cực cận là Đ= 20 cm

a, Phải đặt vật trong khoảng nào trước kính để người quan sát có thể nhìn thấy ảnh của vật qua kính

b, Tính số bội giác khi ngắm chừng ở vô cực

Bài làm : + Cho biết : OCC= 20cm ;OCV=  ; f1= 1cm, f2= 4 cm; l=21cm,

Yêu cầu : d1c  d d1v; G  ?

Câu a: tacó sơ đồ tạo ảnh: ' 2 2

2 2

2 1 1 ' 1 1

1

;

O B A d d

O AB

+ Khi ngắm chừng ở cực cận thì :

'

'

2 2

2 '

2 2

.

d f d

 thay số d2= 10

3 cm Mặt khác '

1

d + d2= l nên '

1

d = 53

3 cm Vậy

'

1 1

1

.

1, 06

v

d f

 + Khi ngắm chừng ở vô cùng thì :

'

'

2 2

2 '

2 2

.

d f d

 thay số d2= f2  4cm

Mặt khác '

1

d + d2= l nên '

1

d = l d 2  17cm



'

1 1

1

.

1, 0625

c

d f

 Vậy đặt vật trong khoảng : 1,0600cm d  1,0625cm

Câu b: Số bội giác khi ngắm chừng vô cực là :

Với   l f1  f2  16cm thay số vào G 16.201.4 80

Bài 12: Vật kính của kính thiên văn học sinh có tiêu cự f1= 85cm, thị kính có tiêu cự f2= 5cm, khoảng cách từ vật kính đến thị kính là l thay đổi được Một người mắt bình thường quan sát mặt trăng ở trạng thái không điều tiết

a, Tính khoảng cách từ vật kính đế thị kính

b, Số bội giác khi ngắm chừng ở vô cực

Bài làm:

+ Cho biết :OCV=  ; f1= 85cm, f2= 5 cm; ,

Yêu cầu : '

d OC  , l=? ; G  ? Câu a: tacó sơ đồ tạo ảnh: ' 2 2

2 2

2 1 1 ' 1 1

1

;

O B A d d

O AB

+ Khi ngắm chừng ở vô cùng thì :