Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bài toán về các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt

Header Page of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa MỤC LỤC Trang A MỞ ĐẦU………………………………………………………………… I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI…………………………………………………… II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU………….3 Về kiến thức……………………………………………………………… Về kĩ năng………………………………………………………………….3 III THỜI GIAN THỰC HIỆN……………………………………………….3 IV QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI…………………… …………… B KIẾN THỨC CƠ BẢN…………………………………………………….4 I MẮT……………………………………………………………………… II CÁC TẬT CỦA MẮT…………………………………………………… Tật cận thị……………………………………………………………… 5-7 Tật viễn thị……………………………………………………… ……… Mắt lão………………………………………………………………… …9 III CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC HỖ TRỢ CHO MẮT…………………10 Nhìn chung dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt………………………10 Kính lúp……………………………………………………………… 11-13 Kính hiển vi kính thiên văn……………………………………………14 Các tập luyện tập………………………………………………… 14-15 IV KẾT QUẢ……………………………………………………………….16 C Ý KIẾN ĐỀ XUẤT………………………………………………………17 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 18 kiến kinh nghiệm Footer PageSáng of 133 Năm học 2012-2013 Header Page of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa A MỞ ĐẦU Có thể nói vật lý môn khoa học có nhiều ứng dụng thực tế đời sống khoa học kĩ thuật Tuy nhiên có nhiều vấn đề mà học sinh người thảo luận khó hiểu Một vấn đề toán mắt dụng quang học hổ trợ cho mắt Đây toán vừa mang tính trừu tượng, vừa mang tính ứng dụng thực tế Đa số học sinh vướng mắc giải toán mắt dụng cụ quang học hổ trợ cho mắt Với việc giảng dạy thực tế thấy học sinh chưa hiểu sâu toán này, để khắc phục phần có đưa số luận điểm cá nhân qua chương trình giảng dạy, với mong muốn học sinh tiếp cận vấn đề cách tốt I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI - Mắt vấn đề thưc tế mà học sinh người quan tâm Bởi mắt không đơn khái niệm nhà thơ, nhà văn miêu tả, phương diện vật lí mà nói mắt toán mang tính trừu tượng học sinh - Về phương diện quang học mắt “một máy ảnh sống” toán mắt đặc biệt cách sửa tật mắt dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt học sinh thấy khó hiểu, trừu tượng - Việc nắm vững kiến thức phương diện quang học mắt dung cụ quang học bổ trợ cho mắt, đặc biệt hoàn thành toán điểm phát huy khả tư duy,tính tích cực học tập học sinh - Thấy rõ điều mạnh dạn đưa nội dung làm đề tài tham khảo cho học sinh, quý thầy cô giảng dạy kiến kinh nghiệm Footer PageSáng of 133 Năm học 2012-2013 Header Page of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Về kiến thức - Giúp học sinh tự giác học tập trình bày tật mắt, dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt - Vận dụng giải toán mắt dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt Về kĩ - Rèn luyện kĩ tư lôgic giải thích tượng mắt đời sống III THỜI GIAN THỰC HIỆN - Thực tiết theo phân phối chương trình vật lý 11 BTTHPT IV QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - Nắm vững kiến thức mắt dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt Để đạt kết cao trước hết giáo viên cần kiểm tra học sinh trang bị cho học sinh kiến thức mắt, dụng cụ quang học hổ trợ cho mắt đặc biệt là: - Các kiến thức lượng giác sin, cos, tan - Giải toán tốt sử dụng máy tính cá nhân tốt *Cấu trúc phần nội dung gồm: I MẮT II CÁC TẬT CỦA MẮT III CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC HỖ TRỢ CHO MẮT IV KẾT QUẢ kiến kinh nghiệm Footer PageSáng of 133 Năm học 2012-2013 Header Page of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa B NỘI DUNG I MẮT - Mắt hệ gồm nhiều môi trường suất tiếp giáp mặt cầu - Thấu kính mắt có vai trò vật kính - Màng lưới có vai trò phim - Khoảng cách từ thấu kính mắt đến màng lưới OV có giá trị định d’(không đổi) - Vì d’ cố định với mắt để nhìn vật có vị trí khác đặt trước mắt mắt cần điều tiết nghĩa mắt phải thay đổi độ cong thấu kính mắt(thể thuỷ tinh) thay đổi tiêu cự để cho ảnh vật tạo màng lưới Trong trình điều tiết: Sơ đồ tạo ảnh qua mắt: Mắt AB A’B’ d d’ Ta có: 1   d d' f - d’ = 0V (khoảng cách từ thuỷ tinh thể đến võng mạc không đổi, V võng mạc) - Khi vật lùi xa mắt  d tăng  f tăng  thuỷ tinh thể xẹp xuống( độ tụ thuỷ tinh thể giảm) kiến kinh nghiệm Footer PageSáng of 133 Năm học 2012-2013 Header Page of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa - Khi vật lùi lại gần mắt  d giảm  f giảm  thuỷ tinh thể phồng lên(độ tụ thuỷ tinh thể tăng lên) - Khi mắt trạng thái không điều tiết, tiêu cự thuỷ tinh thể lớn nhất( độ tụ bé nhất) fMAX Vật lại gần mắt, mắt phải điều tiết nghĩa đỡ làm thuỷ tinh thể phồng lên để giảm bán kính cong, tiêu cự thuỷ tinh thể giảm Mắt trạng thái điều tiết tối đa tiêu cự mắt nhỏ fMIN - Điểm xa nằm trục mắt mà mắt nhìn thấy gọi điểm cực viễn CV mắt Mắt tật điểm cực viễn vô cực - Điểm gần nằm trục mắt mà mắt nhìn thấy gọi điểm cực cận CC mắt Mắt tật khoảng cách từ thuỷ tinh thể đến điểm cực cận 0CC = Đ ( thường cỡ 25 cm) - Khoảng cách điểm cực cận điểm cực viễn mắt gọi khoảng nhìn rõ mắt - Để mắt phân biệt hai điểm A B (thuộc vật nhỏ AB) góc trông vật nhỏ giá trị tối thiểu gọi suất phân li  mắt: -  =  Min = 1’ Ví dụ: Một người mắt cận đeo sát mắt kính -2dp nhìn rõ vật vô cực mà điều tiết Điểm cực cận không đeo kính cách mắt 10 cm Khi đeo kính mắt nhìn thấy điểm gần cách mắt ? A 12,5 cm B 20 cm C 25 cm D 50 cm II CÁC TẬT CỦA MẮT Tật cận thị kiến kinh nghiệm Footer PageSáng of 133 Năm học 2012-2013 Header Page of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa + Mắt cận thị có độ tụ lớn độ tụ mắt bình thường (là mắt không điều tiết tiêu điểm thủy tinh nằm trước võng mạc) + fmax < OV + Khoảng cách OCv hữu hạn Điểm Cc gần mắt bình thường + Mắt cận bẩm sinh đọc sách nhiều chỗ không đủ ánh sáng đọc sách gần + Để khắc phục tật cận thị cách đeo thấu kính phân kì có độ tụ thích hợp cho nhìn vật vô cực điều tiết Sơ đồ tạo ảnh đeo kính: Mắt Kính AB –––––––––––––> A1B1 –––––––––––––––> A2B2  A'B' d d' a O d: Khoảng cách từ vật đến kính d': Khoảng cách từ ảnh A1B1 vật qua kính đến kính a: Khoảng cách từ ảnh A1B1 đến mắt OV: Khoảng cách từ quang tâm thủy tinh thể đến võng mạc (màng lưới) Khi ngắm chừng cực cận (mắt điều tiết tối đa) ảnh A1B1 qua kính phải nằm điểm cực cận hay d' = - (OCc - l) Dấu "-" ảnh A1B1 qua thấu kính ảnh ảo l khoảng cách từ mắt đến kính VD1: Một học sinh có điểm cực viễn cực cận cách mắt 50cm 12 cm kiến kinh nghiệm Footer PageSáng of 133 Năm học 2012-2013 Header Page of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa a Mắt học sinh bị tật ? Vì ? b Để học sinh đọc sách đặt cách mắt 27cm trạng thái mắt điều tiết tối đa học sinh đeo thấu kinh có độ tụ ? Biết kính đeo cách mắt 2cm Giải a Mắt học sinh bị tật cận thị điểm cực viễn có giới hạn (OC v = 50cm) điểm cực cận gần mắt bình thường b Học sinh đọc sách đặt cách mắt 27cm (d = 25cm cách kính 25cm) trạng thái mắt điều tiết tối đa Do ảnh hưởng sách qua kính phải nằm điểm cực cận mắt hay d' = - (OCc - l) = - 10cm Thấu kính phải đeo có độ tụ là: D 1 d  d'    f d d' d d ' Thay số: d = 25cm = 0.25m d' = -10cm = - 0,1m Ta được: D = 0,25  0,1  0,6dp 0,25.(0,1) Vậy học sinh phải đeo thấu kính phân kì có độ tụ D = - 0,6dp Cách thực áp dụng thực tế Khi ngắm chừng điểm cực viễn (mắt điều tiết) ảnh A1B1 qua kính nằm điểm cực viễn mắt hay d' = - (OCv - l) VD2: Một học sinh có điểm cực viễn cực cận cách mắt 50cm 12 cm kiến kinh nghiệm Footer PageSáng of 133 Năm học 2012-2013 Header Page of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa a Mắt học sinh bị tật ? Vì ? b Để học sinh nhìn vật vô mà không điều tiết thấu kính học sinh phải đeo có độ tụ ? Biết kính đeo sát mắt Giải a Mắt học sinh bị tật cận thị điểm cực viễn có giới hạn (OCv = 50cm) điểm cực cận gần mắt bình thường b Học sinh nhìn vật vô mắt điều tiết ảnh vật phải nằm cực viễn mắt hay d' = - (OCv - l) Áp dụng công thức: D  1   f d d' Vì d =  > d' = f hay f = - (OCv - l) = -50cm = -0,5 m Vậy D  1   2dp f  0,5 Học sinh phải đeo thấu kính phân kì có độ tụ D = - 2dp Cách thực thường áp dụng thực tế Tật viễn thị + Mắt viễn thị có độ tụ nhỏ mắt bình thường + fmax > OV + Mắt viễn nhìn vật vô cực phải điều tiết + Điểm cực cận Cc xa mắt mắt bình thường + Người viễn thị điều tiết mắt (giảm tiêu cự) nhìn thấy vật xa kiến kinh nghiệm Footer PageSáng of 133 Năm học 2012-2013 Header Page of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa + Để khắc phục tật viễn thị, người viễn thị đeo kính hội tụ để nhìn rõ vật gần mắt bình thường So đồ tạo ảnh đeo kính: Mắt Kính AB –––––––––> A1B1 ––––––––––> A2B2  A'B' d d' a OV d; d'; a OV mục Do người viễn thị nhìn vật vô cực, vật gần mắt không nhìn thấy để nhìn AB gần mắt ảnh vật qua kính phải nằm điểm cực cận tức d' = -(OCc - l) lớn OCc Ví dụ: Mắt người có tiêu cự thể thủy tinh 18 mm Khi không điều tiết a, Khoảng cách từ quang tâm đến vừng mạc 15 mm Mắt bị tật ? b, Xác định tiêu cự độ tụ thấu kính phải mang để mắt thấy vật vô cực mà điều tiết( kính ghép sát mắt) Giải a, f max > 0V : mắt viễn b, 15.18 1 = = 90 mm = 9cm  f max = 0V 18  15 fk f max D=  11 dp fk Mắt lão kiến kinh nghiệm Footer PageSáng of 133 Năm học 2012-2013 Header Page 10 of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa + Hầu hết người kể từ tuổi trung niên khả điều tiết giảm mắt yếu thủy tinh thể trở nên cứng Hậu điểm cực cận C c dời xa mắt Đó tật lão thị (mắt lão) + Mắt lão mắt viễn thị, mắt cận, viễn hay mắt không tật lớn tuổi có thêm tật lão thị + Mắt lão nhìn vật vô cực điều tiết + Để khắc phục tật lão thị, phải đeo thấu kính hội tụ tương tự người viễn thị Ví dụ : Một người lớn tuổi có mắt không bị tật Điểm cực cận cách mắt 50 cm Khi người điều tiết tối đa độ tụ mắt tăng thêm ? A 5dp B 2,5 dp C dp D A,B,C III CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC HỖ TRỢ CHO MẮT Nhìn chung dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt + Các dụng cụ điều có tác dụng tạo ảnh với góc trông lớn góc trông vật nhiều lần Đại lượng đặc trưng cho tác dụng độ bội giác G: G  tan    tan  Trong đó:  góc trông ảnh qua kính 0 góc trông vật có giá trị lớn xác định trường hợp (phụ thuộc vào mắt người) + Dụng cụ gồm nhóm chính: - Các dụng cụ quan sát vật nhỏ gồm kính lúp, kính hiển vi - Các dụng cụ quan sát vật xa gồm kính thiên văn, ống nhòm, Footer PageSáng 10 ofkiến 133 kinh nghiệm 10 Năm học 2012-2013 Header Page 11 of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa Kính lúp a Cấu tạo: Kính lúp cấu tạo thấu kính hội tụ (hay hệ ghép tương đương với thấu kính hội tụ) có tiêu cự nhỏ (vài centimet) b Cách ngắm chừng qua kính lúp + Khi quan sát vật nhỏ qua kính lúp mắt nhìn ảnh ảo vật qua kính Muốn thế, vật phải đặt khoảng cách từ quang tâm O kính đến tiêu điểm vật F + Ngoài ảnh vật qua kính phải nằm giới hạn nhìn rõ mắt + Như ta phải điều chỉnh vật trước kính xê dịch kính trước vật Nếu ảnh vị trí xác định gọi ngắm chừng vị trí + Để quan sát thời gian dài ta thường ngắm chừng điểm cực viễn để mắt không bị mỏi c Số bội giác kính lúp Xuất phát từ công thức: G  tan    tan  Trong đó: Tan0= AB (hình 1) OC c B' B A Cc o O V V  A' B FA  O Kính F' Mắt Hình Hình Footer PageSáng 11 ofkiến 133 kinh nghiệm  11 Năm học 2012-2013 Header Page 12 of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa Tan = A' B' A' B'  A' O  l d '  l l: khoảng cách từ mắt đến kính lúp Do đó: G= OC c A' B' OC c  K AB d '  l d'  l * Khi ngắm chừng điểm cực cận Ta có: d ' + l = OCc Do đó: Gc = Kc = - d' d Với d: khoảng cách từ vật AB đến kính lúp d': khoảng cách từ ảnh A'B' đến kính lúp Và d' = - (OCc - l) Ví dụ 3: Một người cận thị có điểm cực cận cách mắt 10cm Người dùng kính lúp để quan sát vật nhỏ đặ trước kính Mắt đặt cách kính 5cm, tiêu cự kính f = 5cm Tính độ bội giác kính người ngắm chừng điểm cực cận Giải: Sơ đồ tạo ảnh Kính AB ––––––––––> A'B' Footer PageSáng 12 ofkiến 133 kinh nghiệm 12 Năm học 2012-2013 Header Page 13 of 133 Nguyễn Thị Hằng d Trung tâm GDTX Thiệu Hóa d' = - (OCc - l) Khi ngắm chừng điểm cực cận: d' = - (OCc - l) = -5cm Áp dụng công thức: 1 d'   k = d f d d' Suy ra: Gc = Kc = f  d' f Thay số: Gc =  (5) =2 * Khi ngắm chừng cực viễn( mắt cận) Ta có: d ' + l = OCv Do đó: Gv = KV OC c OC v Ví dụ 4: Một kính lúp có tiêu cự 4cm Một người cận thi quan sát vật nhỏ qua kính lúp (mắt đặt cách kính 5cm) Tính độ bội giác ảnh người ngắm chừng điểm cực viễn Biết điểm cực viễn cực cận người cách mắt 105cm 15cm Giải: Sơ đồ tạo ảnh: Kính AB ––––––––––––> A'B' Footer PageSáng 13 ofkiến 133 kinh nghiệm 13 Năm học 2012-2013 Header Page 14 of 133 Nguyễn Thị Hằng d Trung tâm GDTX Thiệu Hóa d' = - (OCv - l) Khi ngắm chừng điểm cực viễn: d' = - (OCv - l) = -100cm => Kv = f  d '  100 104  = 4 f Vậy Gv = KV OC c 104 26  = 105 21 OC v * Khi ngắm chừng vô cực: Dễ dàng thiết lập công thức: G  OC c §  f f Chú ý: Độ bội giác vô cực ký hiệu 3x; 5x, X3; X5, kính Kính hiển vi kính thiên văn Với kính hiển vi kính thiên văn thiết lập công thức tương tự kính lúp Với lưu ý: Kính thiên văn kính hiển vi trái ngược nhau, nhiên việc tính toán số bội giác phạm vi ngắm chừng cần giải tốt toán hệ số kính, mắt Các tập luyện tập Bài 1: Một người cận thị già có điểm cực cận cách mắt 0,4m Để đọc sách cách mắt 20cm mắt điều tiết tối đa, người đeo sát mắt kính có độ tụ ? Đáp số: 2,5dp Footer PageSáng 14 ofkiến 133 kinh nghiệm 14 Năm học 2012-2013 Header Page 15 of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa Bài 2: Một người bình thường có điểm cực cận cách mắt 25cm quan sát vật nhỏ qua kính lúp có tụ số 10dp Kính sát mắt Tính độ bội giác kính người ngắm chừng cực cận Đáp số: 3,5 Bài 3: Một người viễn thị có điểm cực cận cách mắt 40cm Nếu người đeo kính có độ tụ +5/3 điốp nhìn vật gần ? Đáp số: 24cm Bài 4: Một người có mắt không tật dùng kính lúp có tiêu cự 2,5cm, không điều tiết Khoảng nhìn rõ ngắn mắt 25cm Tính khoảng cách ngắn hai điểm vật mà mắt phân biệt Năng suất phân li mắt  = 1' = 3.10-4rad Đáp số: 7,5 10-4cm Bài 5: Một kính thiên văn có tiêu cự vật kính, thị kính f1, f2 Điều sau nói trường hợp ngắm chừng vô cực kính A Vật vô cực cho ảnh vô cực B Khoảng cách vật kính thị kính l = f1 + f2 C Độ bội giác G = f2/f1 D Tiêu điểm ảnh vật kính trùng với tiêu điểm vật thị kính Đáp số: C Bài 6: Một kính hiển vi có tiêu cự vật kính, thị kính f1 = 1cm, f2 = 4cm Độ dài quang học kính 16cm Người quan sát có mắt không thật, đặt sát thị kính có khoảng nhìn rõ ngắn 20cm Mắt ngắm chừng điểm cực cận Xác định vị trí vật Footer PageSáng 15 ofkiến 133 kinh nghiệm 15 Năm học 2012-2013 Header Page 16 of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa Đáp số: Trước vật kính 1,06cm VI KẾT QUẢ Xếp loại chất lượng HS kiểm tra Lớp Giỏi Khá (em) Trung Yếu bình SL % SL % SL % SL % 11B1 38 2,6 13 34 15 63,4 0 11B2 44 2,3 12 27 22 70,7 0 Footer PageSáng 16 ofkiến 133 kinh nghiệm 16 Năm học 2012-2013 Header Page 17 of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa C Ý KIẾN ĐỀ XUẤT Với việc giảng dạy thực tế thấy học sinh chưa hiểu sâu toán này, để khắc phục phần có đưa số luận điểm cá nhân qua chương trình giảng dậy, với mong muốn học sinh tiếp cận vấn đề cách tốt Với thực tế giảng dạy kết thử nghiệm thấy kết thật khả quan Do vậy, cá nhân mong việc giảng dạy với kinh nghiệm đem đến phần bổ ích cho đồng nghiệp, học sinh thân yêu Rất mong quan tâm góp ý đồng nghiệp Cuối mong muốn chương trình giảng dạy theo cách trình bày áp dụng vào thực tế dạy giáo viên Tôi xin chân thành cảm ơn! Thiệu Hoá, ngày 25 tháng năm 2013 Người thực Nguyễn Thị Hằng Footer PageSáng 17 ofkiến 133 kinh nghiệm 17 Năm học 2012-2013 Header Page 18 of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa TÀI LIỆU THAM KHẢO Hỏi đáp tượng Vật lý, tập IV (phần quang học) - NXB Khoa học kỹ thuật Tác giả : Ngô Quốc Quýnh, Nguyễn Đức Minh Cơ sở vật lý , tập (quang học vật lí lượng tử ) NXB-GD 1999 DAVID HALLIDAY – ROBERT RESNICK – JEARL WALKER Vật lý thật lý thú, tập 1,2 NXB THANH NIÊN Tác giả: Vũ Bội Tuyền Bộ sách tri thức tuổi hoa niên NXB VĂN HOÁ THÔNG TIN Footer PageSáng 18 ofkiến 133 kinh nghiệm 18 Năm học 2012-2013 Header Page 19 of 133 Nguyễn Thị Hằng Trung tâm GDTX Thiệu Hóa SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRUNG TÂM GDTX THIỆU HOÁ  SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Tên đề tài: PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN VỀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO MẮT Người thực hiện: Nguyễn Thị Hằng Đơn vị trung tâm GDTX Thiệu Hoá Thiệu Hoá, tháng năm 2013 Footer PageSáng 19 ofkiến 133 kinh nghiệm 19 Năm học 2012-2013 ... CỨU: Về kiến thức - Giúp học sinh tự giác học tập trình bày tật mắt, dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt - Vận dụng giải toán mắt dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt Về kĩ - Rèn luyện kĩ tư lôgic giải. .. tượng học sinh - Về phương diện quang học mắt “một máy ảnh sống” toán mắt đặc biệt cách sửa tật mắt dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt học sinh thấy khó hiểu, trừu tượng - Việc nắm vững kiến thức phương. .. tài: PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN VỀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO MẮT Người thực hiện: Nguyễn Thị Hằng Đơn vị trung tâm GDTX Thiệu Hoá Thiệu Hoá, tháng năm 2013 Footer PageSáng 19 ofkiến 133 kinh