Xây dựng hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI 2 KHỎA VẬT LY NGUYỄN THỊ HOÀI XÂY DựNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÈ MẮT • • • VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO MẮT • • • • Chuyên ngành: Vật lý đại cương KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học Th.s HOÀNG VĂN QUYÉT HÀ NỘI – 2014 Trong thòi 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: “XÂ Y D Ự NG H Ệ T H Ắ NG B À I T Ậ P V Ề M Ắ T VÀ C Á C D Ụ NG C Ụ Q U A NG H Ọ C B Ổ T RỢ C HO M ẮT ”. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tói thầy TH .S HO À NG VĂ N Q U Y ẾT 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 thày, cô giáo trong tổ yật 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 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 thày cô giáo, đặc biệt là thày giáo T H .S H O À N G VĂ N QUY Ế T . 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 LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC 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 ttanh 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 vãn, 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 ttợ 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 5 vào việc nghiên cứu hệ thống bài tập của chúng. Chính YÌ vậy mà em 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. Đổi tượng nghiên cứu Các kiến thức lí thuyết, bài toán về “Mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt”. 5. Phương pháp nghiền cứu Tìm hiểu, ưa cứu, đọc các tài liệu liên quan. Giải các bài tập về mắt và các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt. NÖIDUNG CHÜÖNG 1: CÖ SÖ LY THUYET 1.1. Chüc näng cüa mät Mät giöng nhu mot thäu kinh hoi tu. N6 cö chüc näng tao ra änh that, nhö hon vat tren mot lap te bäo nhay vöi änh sang, de tu: dö tao ra nhüng tin hieu thän kinh dua len näo. 1.1.1. Cäu tao quang hoc cüa mät 6 - Mät lä mot he quang hoc, lä mot khöi hinh cäu, ngoäi cüng lä mot mang möng trong suöt, cüng nhu: süng goi lä giäc mac. Tiep theo lä mot chät löng trong suöt, cö chiet suät n «1,333 goi lä thüy dich, röi d§n thüy tinh th<§, dich thüy tinh vä tan cüng phia trong lä vöng mac. + Thüy tinh the lä mot thäu kinh hoi tu, cö the thay döi tieu cu nha do cong cüa cäc mat the thüy tinh thay döi do su dieu khien cüa ca vöng. + Vöng mac döng vai trö nhu: mot man änh, mä änh cüa vat cän hien len ö däy. Tren vöng mac göm nhieu te bäo hinh que, hinh nön nhay vöi änh sang cäc mäu khäc nhau gay cho ta cäm giäc ve hinh khöi vä mäu säe cüa vat mä ta quan sät. Tren vöng mac cön cö diem väng V rät nhay sang vä diem mü M khöng cäm nhan ve änh sang, vi tai dö cäc däy thän kinh phän nhänh vä khöng cö däu däy thän kinh thi giäc. + Khoäng cäch tü quang täm O cüa thüy tinh the den vöng mac lä khöng döi (d’ gän bang 2,2 cm), chi cö dö cong cäc mat cüa the thüy tinh lä cö thl thay döi duge dl läm thay döi dö tu cüa thäu kinh mät. 1.1.2. Cäc khäi niem co’ bän 111 {'d thay doi duac , Ta cö: — = —i— trong do : < ' => f thay doi duac F D D ' |d' = OV = const 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 tíiáỉ thoải mái nhất vì không phải điều tiết, thủy tính thể ở trạng thái dẹp nhất và mắt nhìn rõ được vật ở điểm cực viễn (fjnax = OV). 7 - 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 tính thể căng phồng cực đại do đó rất chống mỏi mắt. - Mắt không có tật quang học thì OC c = Đ = 25 cm gọi là khoảng thấy rõ ngắn nhất, còn Cv ở rất xa ngưòi 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 А, в không những phụ thuộc vào 2 điểm đó cố nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt hay không mà còn phụ thuộc vào một đại lưạng được gọi là góc ữông vật. Góc trông vật AB là góc а. Từ hình 1.1 ta có: AR tma = —— (d = OA) (1.1) ả Năng suất phân ly của mắt (kí hiệu lầe ) là góc trông nhỏ nhất giữa 2 điểm gần nhau nhất của một vật mà mắt có thể phân biệt được hai điểm đó. Năng suất phân ly phụ thuộc vào mắt của từng người, đối vói mắt thường £ = «rán = 1' = 3.10^R A D (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. 8 a, Mắt cân thi / • • 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 ttở 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. Đe 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 họp 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 = -(O C V -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. A Hình 1.3: Măt cận đã đeo kính sửa tật b, Mắt viễn thị Mắt viễn thị là mắt khi không điều tiết thì tiêu điểm F’ của mắt nằm sau võng mạc (f max > OV) nên khi nhìn vật ở vô cực mắt viễn đã phải điều tiết. Mắt 9 viễn nhìn gần kém hơn so vói mắt bình thường. Muốn nhìn rõ một vật ở xa vô cực ngưòi viễn thị phải điều tiết để đưa tiêu điểm F’ về nằm trên võng mạc. Hiện nay để sửa mắt viễn thị có ba cách: + Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc. + Đeo kính 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. Hình 1.5: Măt viên thị đã đeo kính sửa tậf Khi đeo kính này thì mắt nhìn yật ở xa vô cực cũng đỡ phải điều tiết hơn khi không đeo kính. с,Mắt lão thị Lão thị là tật thông thường của mắt ở những người nhiều tuổi, thường từ 40 - 50 tuổi trở lên. Khi tuổi tăng tính đàn hồi của thể thủy tinh giảm và cơ vòng không thể căng phồng thể thủy tinh lên như hồi ttẻ, do vậy khoảng cực cận của mắt tăng lên nghĩa là C c xa mắt hơn so với mắt bình thường. Cũng như mắt viễn, mắt lão nhìn gần kém hơn so với mắt bình thường. Hiện nay có hai cách để sửa tật lão thị: + Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc. 10 [...]... _ /ị tana0 /2 (1.17) CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BÀI TẬP VÈ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO MẤT • 2.1 ••• Các bài toán về mắt 2.1.1 Dạng 1: Tỉm 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 yật ở xa vô cực (fmax < OV => O C V hữu hạn) Vì vậy muốn mắt nhìn thấy rõ vật ở xa YÔ cực mà không phải điều tiết thì cho mắt đeo thấu kính có độ tụ thích... của mắt khi dùng kính: D Ỉ C + 1 < lv~f D < DLV + / Bài tập B À I 1 Mắt của một người có điểm cực cận cách mắt 10 cm và điểm cực viễn cách mắt 40 cm 1 Mắt của ngưòi 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 ừên ngưòi này có thể nhìn thấy điểm gần nhất cách mắt bao nhiêu? Bài Giải 1 Mắt của học sinh... 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. .. Kính thiên văn 1.5.1 Công dụng và cấu tạo của kính thiền 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 trông vật nhiều lần (ở đây chúng ta chỉ xét đến kính thiên văn khúc xạ) Kính thiên văn có hai bộ phận chính là vật kính và thị kính - Vật kính: Là một thấu kính hội tụ có tiêu cự lớn, có tác dụng tạo ra ảnh thật A1B1... trong khoảng nhìn rõ của mắt Cách quan sát và điều chinh 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 chinh sao cho ảnh nằm ở điểm cực viễn (Cv) Cách đó được gọi là ngắm... người ta lắp thêm vào sau thấu kính Oi một thấu kính phân kì 02 có tiêu cự f2 = - 6 cm và nối dài ống kính để đưa các kính ra xa phim Xác định khoảng cách giữa hai thấu kính và khoảng cách giữa thấu kính phân kì và phim sao cho ảnh cuối cùng của cột điện mà ta thu được gấp 3 lần ảnh trước đây ĐÁP SỔ: 1 Từ 1,05 m đến YÔ cực; 2 0,37 cm 3 Khoảng cách giữa hai thấu kính là 3 cm và phim phải cách thấu kính... viễn - Đối với mắt không có tật, do điểm cực viễn nằm ở vô cực nên ngắm chừng ở điểm cực viễn gọi là ngắm chừng ở YÔ cực 12 Hình 1.7 : Sự tạo ảnh của vật qua kính lúp 1.3.3 Sổ bội giác của kính lúp Đối với các dụng cụ quang, đại lượng đặc trưng cho tác dụng tạo ảnh vói góc trông ảnh lớn hơn góc trông vật nhiều làn gọi là số bội giác G: (1.4) an ừong đó a là góc trông ảnh của vật qua dụng cụ quang, a 0là... trước mắt để mắt ngưòi ấy nhìn thấy ảnh cùng chiều qua gương, khi đó góc trông của ảnh lớn nhất ứng với vị trí nào của gương ĐÁP 2.1.2 SỐ: 1 Tật cận thị, - 2 dp; 2 7 cm < D < 20cm và d = 7 cm 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 yật ở gần kém hơn so với mắt bình thường (fmax > ov => C V là điểm ảo) Vì vậy muốn nhìn được rõ các vật... rõ yật ở vô cực mà không phải điều tiết B À I 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 2.1.3 Dạng 3: Tìm kính thuốc cho mắt người già 2.1.3.1 Phương pháp Do tật lão thị là tật... thêm vào là: Di + D = D’ Suy ra Di = D’ - D = 2 +2/3 = 2,67 dp B À I 3 Một người đứng tuổi có khả năng nhìn rõ những vật ở xa, nhưng để nhìn rõ những vật ở gần nhất cách mắt 27 cm thì phải đeo kính có độ tụ D = 2,5 dp 1 Nếu đưa kính vào sát mắt thì người ấy sẽ nhìn rõ vật nằm trong khoảng nào trước mắt 2 Kính đeo cách mắt 2 cm, tính độ bội giác của ảnh khi người ấy nhìn một vật ở gần mắt nhất và khi . 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. 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. các ứng dụng đã kể trên của các dụng cụ quang học bổ ttợ 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 5 vào việc