Một số dạng bài tập quang hình và cách giải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC LÊ TRUNG ĐỨC MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP QUANG HÌNH VÀ CÁCH GIẢI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC SƠN LA, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC LÊ TRUNG ĐỨC MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP QUANG HÌNH VÀ CÁCH GIẢI Chuyên ngành: Vật lí đại cƣơng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn: ThS Dƣơng Văn Lợi SƠN LA, NĂM 2017 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS Dương Văn Lợi, ngƣời thầy tận tình bảo, hƣớng dẫn, giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Vật lí, Khoa Toán Lí - Tin, Phòng, Ban, Khoa, đặc biệt Trung tâm Thông Tin - Thƣ viện Trƣờng Đại học Tây Bắc tạo nhiều điều kiện thuận lợi giúp đỡ hoàn thành đề tài Do kinh nghiệm nghiên cứu khoa học nhiều hạn chế, đề tài hẳn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đƣợc nhiều góp ý thầy cô bạn, để đề tài đƣợc hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Sơn La, tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực hiện: Lê Trung Đức MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC KHÓA LUẬN PHẦN 2: NỘI DUNG CHƢƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ BÀI TẬP VẬT LÝ Khái niệm tập vật lý Vai trò tác dụng tập vật lý Phân loại tập vật lý 3.1 Phân loại theo nội dung 3.2 Phân loại theo cách giải 3.3 Phân loại theo trình độ phát triển tƣ Cơ sở định hƣớng giải tập vật lý 4.1 Hoạt động giải tập vật lý 4.2 Phƣơng pháp giải tập vật lý 4.3 Các bƣớc chung giải toán vật lý 10 4.4 Lựa chọn tập vật lý 11 Tiểu luận 11 CHƢƠNG NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN 12 Các khái niệm định luật quang hình học 12 Nguyên lí Fermat 17 Gƣơng phẳng, gƣơng cầu 18 Thấu kính mỏng 22 Lƣỡng chất phẳng: Bản mặt song song Lăng kính 28 Mắt số quang cụ 31 CHƢƠNG MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VÀ CÁCH GIẢI 39 Bài tập tƣợng phản xạ ánh sáng 39 1.1 Các tập mẫu 39 1.2 Các tập tự giải 42 Bài tập tƣợng khúc xạ ánh sáng 44 2.1 Các tập mẫu 44 2.2 Các tập tự giải 47 Bài tập gƣơng phẳng Gƣơng cầu 48 3.1 Các tập mẫu 48 3.2 Các tập tự giải 52 Bài tập thấu kính mỏng 53 4.1 Các tập mẫu 53 4.2.các tập tự giải 57 Bài tập Bản mặt song song Lăng kính 58 5.1 Các tập mẫu 58 5.2 tập tự giải 63 Bài tập mắt số quang cụ 64 6.1 Các tập mẫu 64 6.2 Các tập tự giải 67 PHẦN 3: KẾT LUẬN 69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHẦN 1: MỞ ĐẦU LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Đất nƣớc ta ngày hội nhập phát triển Điều đòi hỏi phải có nguồn nhân lực tƣơng xứng mà yếu tố chủ yếu ngƣời Con ngƣời cần phải có tri thức tất lĩnh vực đời sống nhƣ xã hội, kinh tế trị văn hóa, đặc biệt tri thức khoa học, công nghệ Vật lý môn khoa học gắn liền với đời sống nhƣ tƣợng tự nhiên Rất nhiều thành tựu vật lý đƣợc áp dụng thực tiễn đem lại hiệu lớn Vì môn lý đƣợc giảng dạy hầu hết trƣờng ĐH, CĐ trung học chuyên nghiệp, vấn đề quan trọng giải đƣợc tập vật lý Tuy nhiên ngƣời học vật lý phải nắm vững sở lí thuyết từ vận dụng linh hoạt sáng tạo để giải tập Bài tập vật lý phong phú đa dạng Do để có kĩ tốt giải tập ta cần nắm đƣợc tập thuộc dạng tập từ đƣa hƣớng giải cho tập Phần quang hình chƣơng trình THPT nghiên cứu sơ lƣợc vài tƣợng nhƣ khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần Ở bậc đại học sinh viên đƣợc nghiên cứu thêm nhiều tƣợng nhƣ nguyên lí quan trọng khác nhƣ nguyên lí Fermat , hay hiểu rõ cấu tạo nhƣ hoạt động dụng cụ quang Việc giải tập phần giúp sinh viên hiểu rõ chất tƣợng, hình thành cho sinh viên kĩ quan sát, giải thích tƣợng, tạo say mê, hứng thú yêu thích môn vật lý Hiện tài liệu tham khảo, tài liệu tập phần quang hình hạn chế Do để giúp cho sinh viên có hệ thống kiến thức kĩ tốt giải tập quang hình chọn đề tài “Một số dạng tập quang hình cách giải” Đề tài dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên có học môn vật lý, đặc biệt sinh viên sƣ phạm vật lý để phục vụ cho trình giảng dạy sau này, đồng thời tài liệu tham khảo cho giáo viên trung học sở, phổ thông MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tài liệu, phƣơng pháp giải tập vật lý từ hệ thống hóa dạng tập quang hình đƣa cách giải cụ thể cho dạng Góp phần nâng cao chất lƣợng học tập giúp sinh viên có hệ thống kiến thức vững phần quang hình, tạo điều kiện thuận lợi cho việc giảng dạy sau NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Hệ thống, khái quát kiến thức phần quang hình học Đƣa giải số dạng tập quang hình bản, mang tính chất khái quát để thuận tiện cho việc học tập phần quang hình nhƣ làm liệu tham khảo sau ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Bài tập quang hình PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phƣơng pháp sƣu tầm, chắt lọc tài liệu - Phƣơng pháp suy luận logic - Phƣơng pháp xử lí toán học CẤU TRÚC KHÓA LUẬN Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, phần nội dung khóa luận đƣợc trình bày ba chƣơng Chƣơng Cơ sở lí luận tập vật lý Chƣơng Những kiến thức bản: Trong chƣơng tóm tắt kiến thức phần quang hình, tập chung chủ yếu vào vấn đề nhƣ khái niệm định luật quang hình học, nguyên lí Fermat, Gƣơng phẳng, gƣơng cầu, thấu kính mỏng, lƣỡng chất phẳng , mặt song song, lăng kính, mắt số quang cụ Chƣơng Một số dạng tập cách giải: Trong chƣơng phân làm sáu dạng tập là: Bài tập tƣợng phản xạ ánh sáng, tập tƣợng khúc xạ ánh sáng, tập gƣơng phẳng gƣơng cầu, tập thấu kính mỏng, tập lƣỡng chất phẳng mặt song song, lăng kính tập mắt số quang cụ Ở dạng tập đƣợc phân làm hai loại tập mẫu tập tự giải PHẦN 2: NỘI DUNG CHƢƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ BÀI TẬP VẬT LÝ [7] Khái niệm tập vật lý Bài tập vật lý yêu cầu đặt cho ngƣời học, đƣợc ngƣời học giải dựa sở lập luận lôgic, nhờ phép tính toán, thí nghiệm, dựa kiến thức khái niệm, định luật thuyết vật lý Vai trò tác dụng tập vật lý Xét mặt phát triển tính tự lực ngƣời học rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức lĩnh hội đƣợc vai trò tập vật lý trình học tập có giá trị lớn Bài tập vật lý đƣợc sử dụng nhiều khâu trình dạy học Bài tập phƣơng tiện nghiên cứu tƣợng vật lý Trong trình dạy học vật lý ngƣời học đƣợc làm quen với chất tƣợng vật lý nhiều cách khác nhƣ: kể chuyện, biểu diễn thí nghiệm, làm thí nghiệm, tiến hành tham quan Ở tính tích cực ngƣời học chiều sâu độ vững kiến thức lớn “tình có vấn đề” đƣợc tạo ra, nhiều trƣờng hợp nhờ tình làm xuất kiểu tập mà trình giải ngƣời học phát lại quy luật vật lý tiếp thu quy luật dƣới hình thức có sẵn Bài tập phƣơng tiện hình thành khái niệm Bằng cách dựa vào kiến thức có ngƣời học, trình làm tập, ta cho ngƣời học phân tích tƣợng vật lý đƣợc nghiên cứu, hình thành khái niệm tƣợng vật lý đại lƣợng vật lý Bài tập phƣơng tiện phát triển tƣ vật lý cho ngƣời học Việc giải tập làm phát triển tƣ lôgic, nhanh trí Trong trình tƣ có phân tích tổng hợp mối liên hệ tƣợng, đại lƣợng vật lý đặc trƣng cho chúng Bài tập phƣơng tiện rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức ngƣời học vào thực tiễn Đối với việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp tập vật lý có ý nghĩa lớn, tập phƣơng tiện thuận lợi để ngƣời học liên hệ lý thuyết với thực hành, học tập với đời sống Nội dung tập phải đảm bảo yêu cầu sau: + Nội dung tập phải gắn với tài liệu thuộc chƣơng trình học + Hiện tƣợng đƣợc nghiên cứu phải đƣợc áp dụng phổ biến thực tiễn + Bài tập đƣa phải vấn đề gần gũi với thực tế + Không nội dung mà hình thức tập phải gắn với điều kiện thƣờng gặp sống Trong tập sẵn kiện mà phải tìm kiện cần thiết sơ đồ, vẽ kỹ thuật, sách báo tra cứu từ thí nghiệm Bài tập tƣợng vật lý sinh hoạt ngày có ý nghĩa to lớn Chúng giúp cho ngƣời học nhìn thấy khoa học vật lý xung quanh chúng ta, giúp cho ngƣời học khả quan sát Với tập này, qua trình giải, ngƣời học có đƣợc kỹ năng, kỹ xảo để vận dụng kiến thức vào việc phân tích tƣợng vật lý khác tự nhiên, kỹ thuật đời sống, đặc biệt có tập giải đòi hỏi ngƣời học phải sử dụng kinh nghiệm lao động, sinh hoạt sử dụng kết quan sát thực tế ngày Bài tập vật lý phƣơng tiện để giáo dục ngƣời học Nhờ tập vật lý ta giới thiệu cho ngƣời học biết xuất tƣ tƣởng, quan điểm tiên tiến, đại, phát minh, thành tựu khoa học nƣớc Tác dụng giáo dục tập vật lý thể chỗ: chúng phƣơng tiện hiệu để rèn luyện đức tính kiên trì, vƣợt khó, ý chí nhân cách ngƣời học Việc giải tập vật lý mang đến cho ngƣời học niềm phấn khởi sáng tạo, tăng thêm yêu thích môn, tăng cƣờng hứng thú học tập Bài tập vật lý phƣơng tiện kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức kỹ năng, kỹ xảo ngƣời học Đồng thời công cụ giúp ngƣời học Bài Cho thấu kính hội tụ L2 có tiêu cự f2 = 24 cm vật AB đặt trục cách thấu kính đoạn không đổi a = 44 cm Thấu kính phân kì L1 có tiêu cự f1 = - 15 cm đƣợc đặt vật AB L2, cách L2 khoảng l cho hai trục trùng (nhƣ hình) Xác định vị trí số phóng đại k ảnh sau A’2 B’2 trƣờng hợp l = 34 cm a L2 L B B’ O1 A’2 O2 F’1 A A ’1 F’2 B’2 l Bài giải: Ta có sơ đồ tạo ảnh: L1 L2 AB   A1' B1'   A'2B'2 d ;d' d ;d' 1 2 Từ ta có d1 = a – l = 44 – 34 = 10 cm => d’1 = - cm ( d1'  f1d1 ) d1  f1 Lại có d2 = l – d’1 = 40cm => d’2 = 60cm Vậy ảnh A’2B’2 ảnh thật cách L2 60 cm d '2 d1' Số phóng đại k Ta có: k  k1k  ( ).( )   d2 d1 10 Vậy ảnh ngƣợc chiều với vật vật 10 Đáp số: A’2B’2 cách L2 60 cm; k   56 10 Bài Một thấu kính phân kỳ có độ tụ - 5dp a Tính tiêu cự kính b Nếu vật cách kính 30 cm ảnh đâu có số phóng đại bao nhiêu? Bài giải: a Ta có D  1  0,2m  20(cm)  tiêu cự thấu kính f   D 5 f b Vật cách kính 30 cm nghĩa ta có d = 30 cm Vị trí ảnh đƣợc xác định công thức: d'  fd 20.30   12(cm) d  f 30  20 d' 12  0,4 Số phóng đại k Áp dụng công thức k     d 30 Ảnh cho thấu kính ảnh ảo chiều với vật nhỏ vật Đáp số : a f = - 20 cm b d’ = - 12 cm.; k = 0,4 4.2 Bài tập tự giải Bài Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 15 cm Đƣợc cƣa làm hai phần qua mặt phẳng chứa trục đặt chúng cách khoảng O1O2 = 2,5 mm Xác định khoảng cách hai ảnh tạo hai nửa thấu kính vẽ ảnh, biết điểm sáng S nằm cách thấu kính khoảng : a d = 30 cm b d = 7,5 cm Đáp số: a S1S2 = 5mm b S1S2 = 2,5 mm Bài Bán kính mặt cầu thấu kính mỏng hai mặt lồi 50 cm đặt không khí thấu kính có độ tụ dp a Xác định chiết suất chất làm thấu kính 57 b Tính độ tụ thấu kính nói đặt nƣớc (n1 = 4/3) dầu (n2 = 1,6) Đáp số: a n = 1,5 b 𝛟1 = 2/3 dp; 𝛟2 = - 0,4 dp Bài Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20 cm Vật sáng AB đƣợc đặt trƣớc thấu kính có ảnh A’B’ Tìm vị trí vật cho biết khoảng cách vật ảnh là: a 125 cm b 45 cm Đáp số: a 100 cm; 25 cm; ≈ 17,54 cm b 15 cm Bài Một vật sáng ảnh đặt cách khoảng xác định D a Chứng minh thấu kính hội tụ có tiêu cự ảnh f’ cho ảnh thực ứng với hai vị trí thấu kính cách khoảng d  D(D  4f ' ) Từ xác định tiêu cự thấu kính (phƣơng pháp Bessel để xác định tiêu cự thấu kính) Tìm điều kiện để thu đƣợc ảnh thật b Chứng minh tỉ số kích thƣớc hai ảnh nói : D− d k = (D + d )2 Áp dụng: d = 0,8 m; D = m Đáp số: f’ = 𝐃𝟐 − 𝐝 𝟐 𝟒𝐃 = cm Điều kiện để thu đƣợc ảnh thật D ≥ 4f’ Bài tập mặt song song Lăng kính [2, 3, 6] 5.1 Các tập mẫu Bài Một mặt song song có bề dày d = cm chiết suất n = 1,5 đƣợc đặt không khí Ảnh S’ S qua mặt song song cách S khoảng bao nhiêu? Bài giải: 58 Do mặt song song đƣợc đặt không khí có chiết suất n > nên n ta áp dụng công thức PP’ = d(1  ) n Từ công thức PP’ = d(1  ) ta có khoảng cách SS’ là: d  6cm vào ta đƣợc: SS’ = cm SS'  d(1  ) thay  n  1,5 n  Đáp số: SS’ = cm Bài Chứng minh tia ló qua hai song song có phƣơng song song với tia tới Lập công thức tính độ dời ảnh qua hai mặt song song (nếu mặt song song đƣợc đặt không khí) Bài giải: Chứng minh: Gọi i góc tới tia sáng Theo định luật khúc xạ ánh sáng ta có: Tại I: sini = nsinr Tại J: nsinr’ = sini’ Mặt khác từ hình vẽ ta có : r = r’ => sinr = sinr’ => sini = sini’ Hay: i = i’phƣơng song song với tia tới => SI song song với JR Vậy tia ló qua mặt song song có phƣơng song song với tia tới (đpcm) Thiết lập công thức tính độ dời ảnh: Gọi S’ ảnh S qua mặt song song SS’ dộ dời ảnh qua mặt song song Gọi e dộ dày mặt Từ hình vẽ ta có: SS’ = IK = IH – HK (*) Mặt khác: IH = e HK  HJ tani (**) 59 Ta lại có tanr  HJ e tan r => HJ = etanr Thay vào (**) ta đƣợc HK  , e tan i Thay vào (*) ta đƣợc: SS’  e  e tan r tan r = e(1 ) Với góc i r nhỏ => tan i tan i => SS’ = e(1 - sin r  tan r  sin r  tan i sin r sin r  ) Mà theo định luật khúc xạ ánh sáng sin i sin i n Vậy SS’  e(1  ) n Đáp số : SI // JR; SS’  e(1  ) n Bài Cho mặt song song thủy tinh có bề dày d = 3,5 cm, chiết suất n1 = 1,4 Tính khoảng cách vật ảnh trƣờng hợp sau: a Vật AB mặt đặt không khí b Vật AB mặt đặt chất lỏng chiết suất n2 = 1,6 Bài giải: a Vật AB mặt song son đặt không khí Gọi ∆ khoảng cách vật ảnh Do vật AB mặt song song đặt không khí nên ta có:   d(1  ) Với n1 d  3,5cm    3,5(1  )  1cm  1,4 n  1,4 Vậy khoảng cách vật ảnh vật AB mặt đặt không khí cm b Vật AB mặt đặt chất lỏng chiết suất n2 = 1,6 Ta có: n12  n1 1,4   n 1,6 Gọi ∆’ khoảng cách vật ảnh:  '  d(1  1 )  3,5(1  )  0,5cm n12 78 Dấu (-) cho biết ảnh xa mặt vật Vậy khoảng cách vật ảnh vật AB mặt song song đặt môi trƣờng 60 chất lỏng chiết suất n2 = 1,6 0,5 cm Đáp số : a ∆ = cm; b ∆’ = - 0,5 cm Bài Một lăng kính có chiết suất n = 1,5 góc chiết quang A = 300 Khi chiếu chúm sáng hẹp, đơn sắc vuông góc với mặt trƣớc lăng kính Tính góc ló góc lệch tia sáng Bài giải: Ta có chiếu vuông góc vào mặt trƣớc lăng kính tức góc tới I = 900, tia sáng truyền thẳng gặp mặt sau A lăng kính Lúc tia sáng bị khúc xạ Gọi góc ló r, góc lệch D Từ hình xẽ ta có : S Tại điểm I: i = => r = Tia sáng truyền thẳng vào lăng kính I J ij Tại J: ta có góc AJS = 60 ( góc I =90 , góc r A = 30 ) => ij = 30 D Khi sinr = nsinij   0,75 2 => r ≈ 48035’ Góc lệch D = r – ij = 48035’ – 300 = 18035’ Vậy ta có r = 48035’ D = 18035’ Đáp số : r = 48035’; D = 18035’ Bài Lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng tam giác cân ABC đỉnh A Một tia sáng đơn sắc đƣợc chiếu vuông góc tới mặt bên A AB Sau hai lần phản xạ toàn phần hai mặt AC AB, tia sáng ló khỏi đáy BC theo phƣơng vuông góc với BC I K iI a Tính góc chiết quang A lăng kính b Điều kiện chiết suất để có phản xạ toàn 61 J B ij C phần Bài giải: a Tính góc chiết quang A: Ở mặt AB tia sáng truyền thẳng vào lăng kính tới điểm I mặt AC Ta có iI = A (góc có cạnh tƣơng ứng vuông góc) Theo ta có tia sáng phản xạ toàn phần tới J mặt AB, ta có: iJ = B (góc có cạnh tƣơng ứng vuông góc) Mặt khác K = A (góc có cạnh tƣơng ứng vuông góc) Tam giác IJK tam giác cân => iI = K Theo tính chất góc tam giác ta có: iJ = iI + K = 2iI => B = 2A Nhƣ tam giác ABC có lần góc A = 1800 hay 5A = 1800 => A = 360 b Điều kiện chiết suất: Ta phải có i I  igh  sin A  Do n  1  sin 360  n n 1   n  1,70 sin360 0,588 Vâ ̣y chiế t suấ t n phải lớn hơn1,70 xảy rahiê ̣n tƣơ ̣ng phản xa ̣ toàn phần Đáp số : a 𝐀 = 360 b n > 1,70 Bài Lăng kính thủy tinh có n = 1,5 Góc A = 600 Chiếu môt chùm tia sáng hẹp đơn sắc tới lăng kính mặt phẳng tiết diện vuông góc a Tính i để tia ló tia tới đối xứng qua mặt phẳng phân giác góc chiết quang A 62 b Tính góc lệch D Bài giải: a Tính i1: Để tia ló tia tới đối xứng qua tia phân giác góc A i = i’ sini  sin r   n Mà theo định luật khúc xạ ánh sáng ta có:  ' sin r '  sini  n Mà i = i’ => sinr = sinr’ => r = r’ Ta có r + r’ = A => r = r’ = 300 => sini = 1,5sin300 => i ≈ 48035’ b Tính D: Ta có D = i + i’ – A = 48035’ – 60 = 37010’ Đáp số: a i = 48035’ b D = 37010’ 5.2 Bài tập tự giải Bài Một vật nhỏ AB đƣợc đặt trƣớc song song với mặt song song thủy tinh, co bề dày l, chiết xuất n = 1,5 Khoảng cách vật ảnh cm Tính bề dày l Biết vật AB đặt không khí Đáp số: l = cm Bài Một mặt song song có bề dày cm, chiết suất n = 1,5 đƣợc đặt không khí Điểm sáng S cách mặt 20 cm Hỏi ảnh S’ S cách mặt song song khoảng Đáp số: 18 cm Bài Một lăng kính có tiết diện tam giác ABC (nhƣ hình) Một chùm tia sáng đơn sắc hẹp SI đƣợc chiếu tới mặt AB mặt phẳng tiết diệ 63 vuông góc theo phƣơng vuông góc với đƣờng cao AH tam giác ABC Chùm tia ló khỏi mặt AC theo phƣơng sát với mặt Tính chiết suất lăng kính Đáp số: n = 1,52 Bài Một lăng kính thủy tinh có chiết suất n = 1,5 Một tia sáng qua lăng kính có góc lệch cực tiểu góc chiết quang A lăng kính Tính góc chiết quang A lăng kính Đáp số: Góc A = 830 Bài Một lăng kính thủy tinh chiết suất n = 1,41, góc chiết quang A = 600 Tia sáng SI từ đáy truyền lên tới mặt đáy lăng kính I với góc tới i a Xác định giá trị i ứng với góc lệch cực tiểu b Nếu góc A = 900 có kết gì? Đáp số: a i = 450 b Khi có tia ló Bài tập mắt số quang cụ [2, 3, 6] 6.1 Các tập mẫu Bài Một ngƣời cận thị lớn tuổi nhìn thấy rõ vật khoảng cách mắt 50 cm ÷ 67 cm Tính độ tụ kính phải đeo để ngƣời : - Nhìn xa vô không điều tiết - Đọc đƣợc sách đặt gần mắt nhất, cách mắt 25 cm Coi kính đeo sát mắt 64 Bài giải: - Để nhìn xa vô không điều tiết kính phải có tiêu cự: f1 = - OKCv = -67 cm ≈  m Ta có độ tụ kính là: D1   1,5dp f1 - Để đọc sách đặt gần mắt nhất, cách mắt 25 cm, phải đeo kính có tiêu cự f2 xác định bởi: Vậy D2 = 1    f  50cm  0,5m 25 50 f 1   dp f 0,5 Đáp số: D1 = - 1,5 dp; D2 = dp Bài Một kính lúp mà vành có ghi 5x Một ngƣời sử dụng kính lúp để quan sát vật nhỏ, nhìn thấy ảnh vật vật đƣợc đặt cách kính từ cm đến cm, mắt đặt sát sau kính Xác định khoảng nhìn rõ ngƣời Bài giải: Ta có: f  25  5cm , dc = cm => d C’  d cf 20   20cm  OCc => OCC = 20 cm, dV = cm d c  f 1 => d V’  d vf     OCV => OCV = ∞ dv  f Vậy khoảng nhì rõ ngƣời cách mắt từ 20 cm đến vô cực Đáp số: khoảng nhìn rõ cách mắt từ 20 cm đến vô cực Bài Một kính hiển vi có tiêu cự vật kính thị kính f1 = cm, f2 = cm Độ dài quang học kính 16 cm Ngƣời quan sát có mắt không bị tật có khoảng cực cận OCC = 20 cm Ngƣời ngắm chừng vô cực 65 a Tính số bội giác ảnh b Năng suất phân li mắt ngƣời quan sát 2’ Tính khoảng cách ngắn hai điểm vật mà mắt ngƣời quan sát phân biệt đƣợc ảnh Bài giải: a Số bội giác ảnh: Ta có G   G   SD 320   80 f1f b khoảng cách ngắn hai điểm vật mà mắt ngƣời quan sát phân biệt đƣợc ảnh: L1 L2  A1' B1'   A'B' Sơ đồ tạo ảnh: AB  d ;d' d ;d' 1 2 Khi ngắm chừng vô cực ảnh cuối A2B2 vô cực, ảnh A1B1 AB nằm tiêu diện F2 Đoạn ngắn mắt quan sát đƣợc ảnh A1B1 là: ∆x1 = εf2 Khoảng ngắn quan sát đƣợc vật AB là: x  x1 f Ta có d’1 = f1 + 𝛿 = + 16 = 17 cm  k1 k1 d1' f1 17 d1  '   1,0625cm d1  f1 17  d1' 17 Độ phóng đại qua vật kính là: K1    16 d1 1,0625 2.3.104.4.102 x1 f   1,5.10-6 m = 1,5 𝜇m Vậy x   16 k1 k1 Đáp số: a 𝑮∞ = 80 b ∆x = 1,5 𝝁m Bài Vật kính kính thiên văn thấu kính hội tụ có tiêu cự lớn, thị kính thấu kính hội tụ có tiêu cự nhỏ Một ngƣời, mắt tật, dùng kính thiên văn để quan sát mặt trăng trạng thái không điều tiết 66 khoảng cách vật kính thị kính 90 cm Số bội giác kính 17 Tính tiêu cự vật kính thị kính Bài giải: Nếu mắt tật, quan sát ảnh trạng thái không điều tiết ảnh vô cực (ngắm chừng vô cực) (Hình vẽ) Sơ đồ tạo ảnh: L1 L2 AB   A1' B1'   A'B' d ;d' d ;d' 1 2 Với A’B’: d’2 → ∞ => d2 = f2 Với A1B1: d1 → ∞ => d’1 = f1 Ta suy ra: d2 = l – d’1 => l = f1 + f2 Vậy theo đề bài: f1 + f2 = 90 cm (*) Mặt khác, số bội giác kính ngắm chừng vô cực đƣợc tính bởi: G  f1  17 f2 (**) Từ (*) (**) ta tìm đƣợc: f1 = 85 cm, f2 = cm Đáp số: f1 = 85 cm; f2 = cm 6.2 Bài tập tự giải Bài Giới hạn nhìn rõ mắt ngƣời khoảng từ 10 cm đến 100 cm Xác định giới hạn nhìn rõ mắt đeo kính có độ tụ - dp Coi nhƣ mắt đặt sát kính Đáp số: Từ 11,1 cm đến vô Bài Một mắt bình thƣờng già, điều tiết tối đa tăng độ tụ mắt thêm dp a Xác định điểm cực cận cực viễn b Tính độ tụ thấu kính phải đeo (cách mắt cm) để mắt nhìn thấy vật 67 cách 25 cm không điều tiết Đáp số: a Điểm cực cận cách mắt m, điểm cực viễn vô cực b ≈ 4,35 dp Bài Một học sinh cận thị có đặc điểm CC, Cv cách mắt lần lƣợt 10 cm 90 cm Học sinh dùng kính lúp có độ tụ +10 dp để quan sát vật nhỏ Mắt đặt sát kính a Vật phải đặt khoảng trƣớc kính? b Một học sinh khác, có mắt không bị tật, ngắm chừng kính lúp nói vô cực Cho OCC = 25 cm tính số bội giác Đáp số: a cm ≤ d ≤ cm b G = 2,5 Bài Vật kính kính hiển vi có tiêu cự f1 = cm, thị kính có tiêu cự f2 = 4cm Độ dài quang học kính 16 cm Mắt đặt sát thị kính Ngƣời quan sát có mắt không bị tật có khoảng cực cận Đ = 20 cm Phải đặt vật khoảng trƣớc vật kính để ngƣời quan sát nhìn thấy ảnh vật qua kính? Đáp số: Vật xê dịch khoảng : ∆d1 = 25 𝝁m Bài Vật kính kính thiên văn dùng trƣờng học có tiêu cự f1 = 1,2 m Thị kính thấu kính hội tụ có tiêu cự f2 = cm Tính khoảng cách hai kính số bội giác kính thiên văn ngắm chừng vô cực Đáp số: d = 1,24 m 𝑮∞ = 30 68 PHẦN 3: KẾT LUẬN Với lỗ lực cố gắng cao, bên cạnh đƣợc giúp đỡ, đạo tận tình thầy cô giáo tổ Vật Lý Trƣờng Đại Học Tây Bắc, đặc biệt thầy giáo Dƣơng Văn Lợi – giảng viên môn Vật Lý, với đóng góp ý kiến bạn sinh viên lớp K54 ĐHSP Vật Lý Đề tài “Một số dạng tập quang hình cách giải” hoàn thành Trên cở sở nghiên cứu lý luận, phƣơng pháp suy luận logic, phƣơng pháp sƣu tầm, chọn lọc tài liệu, phân tích xử lí số liệu toán học Tôi hoàn thành nhiệm vụ đề tài - Hệ thống, khái quát kiến thức phần quang hình học - Thông qua đề tài nêu giải số dạng tập quang hình bản, mang tính chất khái quát để thuận tiện cho việc học tập phần quang hình nhƣ làm liệu tham khảo sau Trong khuôn khổ thời gian nghiên cứu đề tài, với kinh nghiệm nghiên cứu khoa học lực hạn chế không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy giáo, cô giáo bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện nội dung hình thức 69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lƣơng Duyên Bình (Tổng chủ biên); Vũ Quang (Chủ biên);Nguyễn Xuân Chi; Đàm Trung Đồn; Bùi Quang Hân; Đoàn Duy Hinh, Vật Lí 11, NXBGD Việt Nam [2] Bùi Văn Hân (1977), Giải toán vật lí 11 (tập 2), NXBGD [3] Vũ Thanh Khiết (chủ biên) Nguyễn Đức Hiệp; Nguyễn Anh Thi (1999), 200 toán quang hình; NXB tổng hợp Đồng Nai [4] Đặng Thị Mai (1998), Quang Học, NXBGD [5] Huỳnh Lệ (1933), Quang học; NXB giáo dục [6] Lê Văn Thông (2005), Phân loại hướng dẫn giải toán quang hình – quang lí, vật lí hạt nhân, NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [7] Trƣơng Thanh Tuấn (2008), Phân loại giải tập học đại cương, Khóa luận tốt nghiệp đại học, trƣờng đại học An Giang 70 ... 31 CHƢƠNG MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VÀ CÁCH GIẢI 39 Bài tập tƣợng phản xạ ánh sáng 39 1.1 Các tập mẫu 39 1.2 Các tập tự giải 42 Bài tập tƣợng khúc xạ ánh... liệu tham khảo, tài liệu tập phần quang hình hạn chế Do để giúp cho sinh viên có hệ thống kiến thức kĩ tốt giải tập quang hình chọn đề tài Một số dạng tập quang hình cách giải Đề tài dùng làm... phần quang hình học Đƣa giải số dạng tập quang hình bản, mang tính chất khái quát để thuận tiện cho việc học tập phần quang hình nhƣ làm liệu tham khảo sau ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Bài tập quang hình