hệ thống lí thuyết và bài tập vật lí 11 học kì 2 giúp học sinh 11 có thể nắm vững lí thuyết và phương pháp làm bài tập các chương từ học và quang học,học sinh 12 co thể dựa vào đây để ôn thi đại học
CHƯƠNG IV: TỪ TRƯỜNG VẬT LÍ 11 CHƯƠNG IV: TỪ TRƯỜNG A TÓM TẮT LÝ THUYẾT I TƯƠNG TÁC TỪ - Các tương tác nam châm - nam châm; nam châm – dòng điện; dòng điện – dòng điện có chất gọi tương tác từ - Tương tác từ xảy hạt mang điện chuyển động không liên quan đến điện trường điện tích II TỪ TRƯỜNG Định nghiã: Từ trường dạng vật chất tồn xung quanh điện tích hay dòng điện ( nói xác xung quanh hạt mang điện chuyển động) Đặc trưng từ trường: tác dụng lực từ lên nam châm hay dòng điện khác đặt Quy ước : Hướng từ trường điểm hướng Nam - Bắc kim nam châm cân điểm Vectơ cảm ứng từ B : Đặc trưng từ trường cảm ứng từ ký hiệu ⃗B đơn vị cảm ứng từ T ( Tesla) a) Định nghĩa : Cảm ứng từ điểm từ trường đại lượng đặc trưng cho mạnh yếu từ trường đo thương số lực từ F tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện đặt vng góc với đường cảm ứng từ điểm tích cường độ dòng điện I chiều dài l đoạn dây dẫn F B I l Vecto cảm ứng từ B có: Điểm đặt: điểm xét Phương: tiếp tuyến với đường sức từ điểm ta xét Chiều: trùng với chiều từ trường điểm (vào cực nam cực bắc nam châm thử F Độ lớn: B I l Đường sức từ : a Đ/N : đường sức từ đường vẽ khơng gian có từ trường cho tiếp tuyến điểm có hướng trùng với hướng của từ trường điểm b Tính chất : - Qua điểm không gian vẽ đường sức từ - Các đường sức từ đường cong khép kín vơ hạn đầu - Chiều đường sức từ tuân theo quy tắc xác định ( quy tắc nắm tay phải , quy tắc đinh ốc…) - Quy ước : Vẽ đường cảm ứng từ cho chỗ từ trường mạnh đường sức dày chỗ từ trường yếu đường sức từ thưa c Từ trường đều: từ trường mà đặc tính giống tịa điểm; đường sức từ đường thẳng song song, chiều cách III TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT 1, Từ trường dòng điện thẳng dài: a Đường sức từ - Hình dạng: Đường sức từ đường tròn nằm mặt phẳng vng góc với dòng điện có tâm nằm dòng điện - Chiều : xác định quy tắc nắm tay phải Quy tắc nắm bàn tay phải : Dùng bàn tay phải nắm lấy dây dẫn cho ngón theo chiều dòng điện , b) ngón khum lại cho ta chiều đường sức từ (chiều từ trường B ) GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang / 18 CHƯƠNG IV: TỪ TRƯỜNG VẬT LÍ 11 I Dòng điện thẳng có chiều hướng phía trước mặt phẳng hình vẽ Dòng điện thẳng có chiều hướng phía sau mặt phẳng hình vẽ Vecto cảm ứng từ B : Điểm đặt : điểm xét Phương : tiếp tuyến với đường sức từ điểm ta xét Chiều : theo quy tắc bàn tay phải I I Độ lớn : B 2.107 Trong mơi trường có độ từ thẩm µ : B 2.107 r r Trong đó: I : Cường độ dòng điện chạy dây dẫn (A) r : Khoảng cách từ điểm khảo sát đến dòng điện (m) B : Cảm ứng từ (T: Tesla) Từ trường dòng điện tròn: a Đường sức từ Hình dạng: Các đường sức từ đường cong xuyên qua lòng khung dây, nằm mặt phẳng chứa tâm O khung dây vuông góc với mặt phẳng khung dây Càng gần tâm O khung độ cong đường sức từ giảm Đường sức từ qua tâm O khung đường thẳng Chiều đường sức từ dòng điện tròn: Được xác định theo quy tắc bàn tay phải: “Dùng bàn tay phải ôm lấy khung dây, chiều cong ngón tay theo chiều dòng điện Khi ngón chỗi 900 chiều đường sức từ ” Hoặc có chiều vào mặt Nam mặt Bắc dòng điện tròn Quy ước: Mặt Nam dòng điện tròn mặt nhìn vào dòng điện ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ Mặt Bắc dòng điện tròn mặt nhìn vào dòng điện ta thấy dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ b - - - b Vecto cảm ứng từ B : Điểm đặt : điểm xét Phương : tiếp tuyến với đường sức từ điểm ta xét Chiều : theo quy tắc nắm bàn tay phải Độ lớn : B 2 10 7 I R BM Nếu khung có N vòng dây giống thì: B 2 107 NI R O r I Trong đó: I : Cường độ dòng điện chạy dây dẫn (A) R : Khoảng cách từ điểm khảo sát đến dòng điện (m) B : Cảm ứng từ (T: Tesla) Từ trường dòng điện ống dây: GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang / 18 CHƯƠNG IV: TỪ TRƯỜNG VẬT LÍ 11 Đường sức từ Hình dạng: Bên ống dây đường sức từ đường thẳng song song, cách (nếu chiều dài l >> đường kính d ống dây từ trường ống dây từ trường đều) Chiều: xác định theo quy tắc bàn tay phải “Dùng bàn tay phải ơm lấy khung dây, chiều cong ngón tay theo chiều dòng điện Khi ngón chỗi 900 chiều đường sức từ ” a Vecto cảm ứng từ B : Phương : song song với trục ống dây Chiều : theo quy tắc nắm bàn tay phải - Độ lớn Trong đó: I : B 4 107 N I 4 107 n.I l : Cường độ dòng điện chạy dây dẫn (A) N n : số vòng dây mét chiều dài l N : số vòng dây l :Chiều dài ống dây (m) IV LỰC TỪ: Lực từ: lực từ F tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt từ trường có: - Điểm đặt: trung điểm dòng điện - Phương: với dòng điện I với đường sức từ tức với mp I , B - Chiều : xác định theo quy tắc bàn tay trái Quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay trái mở rộng cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều dòng điện, ngón chỗi 900 chiều lực từ Độ lớn: - Trong I : B : l : : F : F IBl sin Cường độ dòng điện (A) Cảm ứng từ (T) Chiều dài dây dẫn (m) Góc hợp B l Lực từ tác dụng lên đoạn dây (N) BM I Nhận xét: F Nếu 180 F = dây dẫn // với cảm ứng từ khơng chịu tác dụng lực từ Nếu 90 F Fmax IBl Lực Lorentz (Lo-ren-xơ): lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động Khi điện tích chuyển động từ trường, chịu tác dụng lực từ gọi lực Lorentz Lực Lorentz có: Điểm đặt : điện tích Phương : mp ( v , B ) Chiều : Xác định theo quy tắc bàn tay trái Quy tắc bàn tay trái: đặt bàn tay trái duỗi thẳng đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều vecto vận tốc điện tích, ngón tay chỗi 900 chiều lực Lorentz hạt mang điện dương chiều ngược lại hạt mang điện âm Độ lớn : f L q vB sin q v : điện tích hạt (C) : vận tốc hạt (m/s) GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang / 18 CHƯƠNG IV: TỪ TRƯỜNG VẬT LÍ 11 B : cảm ứng từ (T) v, B fL : lực Lorentz (N) B PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP Dạng 1: XÁC ĐỊNH VECTO CẢM ỨNG TỪ TẠI MỘT ĐIỂM DO DÒNG ĐIỆN GÂY RA Phương pháp : Trường hợp có dòng điện: Xác định điểm đặt, phương chiều, độ lớn vecto cảm ứng điểm khảo sát Trường hợp có nhiều dòng điện: Xác định điểm đặt, phương chiều, độ lớn vEcto cảm ứng từ thành phần B1 , B2 Vecto cảm ứng từ điểm khảo sát : B B1 B2 (nguyên lý chồng chất từ trường) Dạng 2: XÁC ĐỊNH QUỸ TÍCH CÁC ĐIỂM MÀ CẢM ỨNG TỪ DO HAI DÒNG ĐIỆN GÂY RA BẰNG Bài tốn : Hai dây dẫn thẳng dài vơ hạn đặt khơng khí cách khoảng r = AB Xác định quỹ tích điểm mà vectơ cảm ứng từ tổng hợp Hai dòng điện chiều : Tập hợp điểm M nằm AB r1 r2 r Và B1 B2 I1 I I r1 I1r2 r1 r2 r1 r2 r AB r1 Suy I r1 I1r2 r2 Hai dòng điện ngược chiều : Tập hợp điểm M nằm AB TH1 : I1 I r1 r2 r1 r2 r AB r1 I r1 I1r2 r2 TH2 : I1 I r1 r2 r2 r1 r AB r2 I1r2 I r1 r1 Dạng 3: XÁC ĐỊNH LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN Phương pháp : Lực từ tác dụng lên đoạn dây điện thẳng có: Điểm đặt : trung điểm đoạn dây Phương : mp ( B, l ) Chiều : Theo quy tắc bàn tay trái Độ lớn : độ lớn F IBl sin 0 o Nếu 180 F = 0: dây dẫn trùng với cảm ứng từ không chịu tác dụng lực từ Nếu 90 F Fmax IBl E Dạng : TREO DÂY DẪN TRONG TỪ TRƯỜNG ĐỀU Dây dẫn thẳng dài có chiều dài l, có dòng điện I chạy qua, khối lượng dây dẫn m Trao dây dẫn từ trường đều, dây nằm cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc , F P.tan BIl mg.tan GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang / 18 CHƯƠNG IV: TỪ TRƯỜNG VẬT LÍ 11 Dạng : XÁC ĐỊNH LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC DÂY DẪN SONG SONG Tương tác hai dòng điện - Hai dòng điện song song chiều hút - Hai dòng điện song song ngược chiều đẩy Hai dòng điện có chiều dài tương ứng l1, l2, có dòng điện chạy qua dây I1, I2, đặt song song cách khoảng r, lực tương tác hai dòng điện tính theo cơng thức 2.107.I I1.l1 F21 lực dòng điện I2 tác dụng lên dòng điện I1 r F12 2.107.I1.I l2 lực dòng điện I1 tác dụng lên dòng điện I2 r Tương tác nhiều dòng điện Xác định vectơ lực tương tác cặp dòng điện áp dụng quy tắc hình bình hành để tổng hợp lực Dạng 6: XÁC ĐỊNH REN-XƠ) Phương pháp : Lực Lo-ren-xơ có: q v LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐIỆN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG - LỰC LORENZT (LO- Điểm đặt Phương Chiều : điện tích : mp (v , B) : Theo quy tắc bàn tay trái Độ lớn : độ lớn f L q vB sin : điện tích hạt (C) : vận tốc hạt (m/s) (v , B) : cảm ứng từ (T) B f L : lực lo-ren-xơ (N) Nếu có lực Lorenzt tác dụng lên hạt (v , B) 90 hạt chuyển động tròn Khi vật chuyển động tròn lực Lorenzt đóng vai trò lực hướng tâm Bán kính quỹ đạo : GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT R mv qB Trang / 18 VẬT LÍ 11 CHƯƠNG V: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CHƯƠNG V: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Chủ đề 1: HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG I Từ thông Từ thông qua khung dây kín diện tích S đặt từ trường B có độ lớn: BS cos Nếu khung có N vòng dây : NBS cos Trong B : cảm ứng từ (T) S : diện tích khung dây (m2) : từ thông (Wb) “Vêbe”; 1Wb = T.m2 ( B, n ) ; n : vecto pháp tuyến khung dây Nhận xét: : B (S ) max BS 90 cos 90 : B //( S ) 90 180 cos Từ thông đại lượng vơ hướng dương, âm (dấu từ thông phụ thuộc vào việc ta chọn chiều n ) - Giá trị ~ với số đường sức xuyên qua diện tích S - Nếu khung dây đặt với đường sức từ số đường sức từ xuyên qua diện tích S khung dây Ý nghĩa từ thông: từ thông diễn tả số đường sức từ xuyên qua diện tích II.Hiện tượng cảm ứng điện từ: tượng xuất suất điện động cảm ứng (hay dòng điện cảm ứng) từ thơng qua mạch kín biến thiên Các cách làm từ thơng biến thiên (thay đổi): Thay đổi cảm ứng từ B : cách thay đổi I cho nam châm chuyển động Thay đổi S : Bằng cách làm biến dạng khung dây Thay đổi góc ( B, n ) : cách xoay khung dây Kết biến thiên từ thông mạch xuất dòng điện, gọi dòng điện cảm ứng Định luật cảm ứng điện từ: ”Khi có biến thiên từ thơng qua diện tích giới hạn mạch điện kín mạch xuất dòng điện cảm ứng” Thời gian tồn dòng điện cảm ứng thời gian có biến thiêu từ thơng Chiều dòng điện cảm ứng – định luật Lenxơ: “Dòng điện cảm ứng đoạn mạch điện kín có chiều cho từ trường mà sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh (đó biến thiên từ thông qua mạch)” - Nếu tăng BC B - Nếu giảm BC B ( B từ trường ban đầu; BC từ trường cảm ứng) Suất điện động cảm ứng Trong mạch điện kín có dòng điện phải tồn suất điện động ta gọi suất điện động sinh dòng điện cảm ứng gọi suất điện động cảm ứng Trường hợp tổng quát: eC = k (dấu trừ “-” biểu diễn định luật Lenz) t III GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang / 18 VẬT LÍ 11 Độ lớn: CHƯƠNG IV: TỪ TRƯỜNG eC = k t Trong hệ SI, k =1 Suy ra: eC = ; độ lớn: eC = k t t 1 : độ biến thiên từ thông t : thời gian xảy biến thiên từ thông : Tốc độ biến thiên từ thông t eC: Suất điện động cảm ứng (V) Trong trường hợp mạch điện khung dây có N vòng dây thì: eC = N ; từ thơng qua t diện tích giới hạn vòng dây IV DỊNG ĐIỆN FU – CƠ (Foucault) Dòng điện Fu – Cơ dòng điện cảm ứng sinh khối vật dẫn (như khối kim loại chẳng hạn) khối chuyển động từ trường đặt từ trường biến thiên theo thời gian Đặc tính dòng điện Fu – Cơ tính chất xốy Nghĩa đường dong dòng Fu- đường cong khép kín khối vật dẫn Vì vậy, để giảm tác hại dòng Fu-Cơ người ta thay khối vật kim loại có xẻ rãnh (để cắt đứt dòng Fu-cơ) Dòng điện Fu – Cơ gây hiệu ứng tỏa nhiệt Joule lõi động cơ, máy biến áp… Do tác dụng dòng Fu – Cô, khối kim loại chuyển động từ trường chịu tác dụng lực hãm điện từ Chủ đề 2: HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM Hiện tượng tự cảm tượng cảm ứng điện từ mạch điện biến đổi dòng điện mạch điện gây a) Trong mạch điện dòng điện khơng đổi, tượng tự cảm thường xảy đóng mạch (dòng điện tăng lên đột ngột từ trị số 0) ngắt mạch (dòng điện giảm đến 0) Trong mạch điện xoay chiều ln ln có xảy tượng tự cảm b) Suất điện động sinh tượng tự cảm gọi suất điện động tự cảm Suất điện động tự cảm xuất mạch, xảy tượng tự cảm, có biểu thức: I e c L t i độ biến thiên cường độ dòng điện mạch thời gian t; L hệ số tự cảm (hay độ tự cảm) mạch có giá trị tùy thuộc hình dạng kích thước mạch, có đơn vị henry (H); dấu trừ biểu thị định luật Lenz Từ thơng tự cảm qua mạch có dòng điện i: = Li Độ tự cảm ống dây dẫn dài (solenoid); có chiều dài l số vòng dây N: N 2S 4 107 n2V l Trong n số vòng dây đơn vị dài ống, V thể tích ống Nếu ống dây có lõi vật liệu sắt từ có độ từ thẩm L 107 4 N 2S l c) Năng lượng từ trường ống dây dẫn có độ tự cảm L có dòng điện I chạy qua: 1 W Li 107 B 2V (B cảm ứng từ từ trường ống dây) 8 L .107 4 GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang / 18 CHƯƠNG IV: TỪ TRƯỜNG VẬT LÍ 11 107 B Mật độ lượng từ trường là: w 8 B PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP Dạng 1: XÁC ĐỊNH CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG Sử dụng định luật Lenxơ để xác định chiều dòng điện cảm ứng - Nếu tăng BC B IC I - Nếu giảm BC B IC I Dạng 2: XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG Suất điện động cảm ứng eC = ; độ lớn: eC = k t t Cường độ dòng điện cảm ứng e ic c R Dạng 3: MẠCH ĐIỆN CÓ SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TẠO BỞI ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG Dây dẫn có chiều dài l, chuyển động với vận tốc v theo phương vng góc với từ trường B , suất điện động cảm ứng xuất dây thời gian t e t Với B.S B.l.v.t Dạng : XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TỰ CẢM VÀ HỆ SỐ TỰ CẢM - Hệ số tự cảm: L 4 107 N2 S 4 107 n2l.S 4 107 n2V l - Từ thông riêng: = Li - Suất điện động tự cảm: etc L i t GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang / 18 CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VẬT LÍ 11 Chương VI KHÚC XẠ ÁNH SÁNG A TÓM TẮT LÝ THUYẾT I Hiện tượng khúc xạ ánh sáng Hiện tượng khúc xạ ánh sáng Hiện tượng khúc xạ ánh sáng tượng ánh sáng truyền qua mặt phân cách hai môi trường suốt, tia sáng bị bẻ gãy khúc (đổi hướng đột ngột) mặt phân cách Định luật khúc xạ ánh sáng + Tia khúc xạ nằm mặt phẳng tới bên pháp tuyến so với tia tới (Hình 33) + Đối với cặp môi trường suốt định tỉ số sin góc tới (sini) với sin góc khúc xạ (sinr) ln ln số không đổi Số không đổi phụ thuộc vào chất hai môi trường gọi chiết suất tỉ đối môi trường chứa tia S N khúc xạ (môi trường 2) môi trường chứa tia tới (mơi trường 1); kí hiệu n21 sin i i n21 Biểu thức: (1 I sin r ) + Nếu n21 > góc khúc xạ nhỏ góc tới Ta nói mơi trường (2) (2 chiết quang môi trường (1) r ) + Nếu n21 < góc khúc xạ lớn góc tới Ta nói mơi trường (2) chiết quang mơi trường (1) + Nếu i = r = 0: tia sáng chiếu vng góc với mặt phân cách truyền thẳng K N/ + Nếu chiếu tia tới theo hướng KI tia khúc xạ theo hướng IS (theo nguyên lí tính thuận nghịch chiều truyền ánh sáng) Do đó, ta có n21 n12 Chiết suất tuyệt đối – Chiết suất tuyệt đối môi trường chiết suất chân khơng – Vì chiết suất khơng khí xấp xỉ 1, nên khơng cần độ xác cao, ta coi chiết suất chất khơng khí chiết suất tuyệt đối – Giữa chiết suất tỉ đối n21 môi trường môi trường chiết suất tuyệt đối n2 n1 chúng có n hệ thức: n21 n1 – Ngoài ra, người ta chứng minh rằng: Chiết suất tuyệt đối môi trường suốt tỉ lệ nghịch với vận tốc truyền ánh sáng mơi trường đó: n2 v1 n1 v2 Nếu mơi trường chân khơng ta có: n1 = v1 = c = 3.108 m/s Kết là: n2 = c c hay v2 = n2 v2 – Vì vận tốc truyền ánh sáng môi trường nhỏ vận tốc truyền ánh sáng chân không, nên chiết suất tuyệt đối môi trường luôn lớn Ý nghĩa chiết suất tuyệt đối Chiết suất tuyệt đối môi trường suốt cho biết vận tốc truyền ánh sáng mơi trường nhỏ vận tốc truyền ánh sáng chân không lần II HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN VÀ NHỮNG ĐIỀU KIỆN ĐỂ HIỆN TƯỢNG XẢY RA Hiện tượng phản xạ toàn phần Hiện tượng phản xạ toàn phần tượng mà tồn tia phản xạ mà khơng có tia khúc xạ Điều kiện để có tượng phản xạ tồn phần S K – Tia sáng truyền theo chiều từ mơi trường có chiết suất lớn sang mơi trường có chiết r suất nhỏ (Hình 34) H J – Góc tới lớn góc giới hạn phản xạ tồn phần (i gh) I i i/ R G (Hình 34) GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang / 18 VẬT LÍ 11 CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Lăng kính phản xạ tồn phần Lăng kính phản xạ tồn phần khối thủy tinh hình lăng trụ có tiết diện thẳng tam giác vuông cân Ứng dụng Lăng kính phản xạ tồn phần dùng thay gương phẳng số dụng cụ quang học (như ống nhòm, kính tiềm vọng …) B.PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP Dạng 1: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG n2 sin i n s inr i Định luật khúc xạ ánh sáng: n1sini n 2sinr n sin r s ini r n2 Dạng 2: TÌM ĐỘ DỜI ẢNH Qua mặt phẳng phân cách hai môi trường ( lưỡng chất phẳng) S ' H n2 SH n1 Với - n2 : chiết suất môi trường khúc xạ - n1 : chiết suất môi trường tới Độ dời ảnh : SS ' SH S ' H Qua mặt song song d sin(i r) 1 SS ' e 1 cos r n sin i Với – e : độ dày mỏng - n: chiết suất mỏng Dạng : TÌM GĨC TỚI ĐỂ TIA PHẢN XẠ VNG GĨC VỚI TIA KHÚC XẠ n tan i n1 -n2 : chiết suất môi trường khúc xạ -n1 : chiết suất môi trường tới Dạng : PHẢN XẠ TOÀN PHẦN n - Tìm igh: sin igh igh n1 - So sánh góc tới i với góc giới hạn igh + i > igh xảy tượng phản xạ toàn phần + i < igh xảy tượng khúc xạ Dạng : TÌM ĐIỀU KIỆN ĐỂ KHƠNG THẤY TIA LĨ Ở chậu đựng chất lỏng có chiết suất n, chiều cao chất lỏng chậu h Ở đáy chậu có điểm sáng S Trên mặt nước có đĩa tròn bán kính R đặt cho tâm O đĩa điểm S nằm đường thẳng đứng Để khơng có tia ló khơng khí , h R h R n2 n 1 GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang 10 / 18 VẬT LÍ 11 CHƯƠNG VII: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC Chương VII MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC A TĨM TẮT LÍ THUYẾT I Lăng kính Định nghĩa Lăng kính khối chất suốt hình lăng trụ đứng, có tiết diện thẳng hình tam giác Đường tia sáng đơn sắc qua lăng kính – Ta khảo sát đường tia sáng tiết diện thẳng ABC lăng kính – Nói chung, tia sáng qua lăng kính bị khúc xạ tia ló ln bị lệch phía đáy nhiều so với tia tới Góc lệch tia sáng đơn sắc qua lăng kính Góc lệch D tia ló tia tới góc hợp phương tia tới tia ló, (xác định theo góc nhỏ hai đường thẳng) Các cơng thức lăng kính(DÀNH CHO CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO HOẶC PHẦN ĐỌC THÊM) sin i1 n sin r1 A 2igh sin i n sin r 2 Điều kiện để có tia ló i i0 A r1 r2 sin i n sin( A ) D i1 i2 A Khi tia sáng có góc lệch cực tiểu: r1 = r2 = A/2 i1 = i2 =i suy ra: Dmin 2i A A i1 I r1 D r2 J i2 R S B C Khi góc lệch đạt cực tiểu: Tia ló tia tới đối xứng qua mặt phẳng phân giác góc chiết quang A D A A n sin Khi góc lệch đạt cực tiểu Dmin : sin 2 * Nếu A, i1 100 góc lệch D A(n 1) THẤU KÍNH MỎNG Định nghĩa Thấu kính khối chất suốt giới hạn hai mặt cong, thường hai mặt cầu Một hai mặt mặt phẳng Thấu kính mỏng thấu kính có khoảng cách O1O2 hai chỏm cầu nhỏ so với bán kính R1 R2 mặt cầu Phân loại Có hai loại: – Thấu kính rìa mỏng gọi thấu kính hội tụ (a) – Thấu kính rìa dày gọi thấu kính phân kì (b) Đường thẳng nối tâm hai chỏm cầu gọi trục thấu kính F O F/ Coi O1 O2 O gọi quang tâm thấu kính Tiêu điểm (c) – Với thấu kính hội tụ: Chùm tia ló hội tụ điểm F/ trục F/ gọi tiêu điểm (Hình 36) thấu kính hội tụ – Với thấu kính phân kì: Chùm tia ló khơng hội tụ thực mà có đường kéo dài chúng cắt điểm F/ trục F/ gọi tiêu điểm thấu kính phân kì Mỗi thấu kính mỏng có hai tiêu điểm nằm đối xứng qua quang tâm Một tiêu điểm gọi tiêu điểm vật (F), tiêu điểm lại gọi tiêu điểm ảnh (F/) II GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang 11 / 18 VẬT LÍ 11 CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Tiêu cự Khoảng cách f từ quang tâm đến tiêu điểm gọi tiêu cự thấu kính: f = OF = OF/ Trục phụ, tiêu điểm phụ tiêu diện – Mọi đường thẳng qua quang tâm O khơng trùng với trục gọi trục phụ – Giao điểm trục phụ với tiêu diện gọi tiêu điểm phụ ứng với trục phụ – Có vơ số tiêu điểm phụ, chúng nằm mặt phẳng vuông góc với trục chính, tiêu điểm Mặt phẳng gọi tiêu diện thấu kính Mỗi thấu kính có hai tiêu diện nằm hai bên quang tâm Đường tia sáng qua thấu kính hội tụ Các tia sáng qua thấu kính hội tụ bị khúc xạ ló khỏi thấu kính Có tia sáng thường gặp (Hình 36): – Tia tới (a) song song với trục chính, cho tia ló qua tiêu điểm ảnh – Tia tới (b) qua tiêu điểm vật, cho tia ló song song với trục – Tia tới (c) qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng Đường tia sáng qua thấu kính phân kì Các tia sáng qua thấu kính phân kì bị khúc xạ ló khỏi thấu kính Có tia sáng thường gặp (Hình 37): – Tia tới (a) song song với trục chính, cho tia ló có đường kéo dài qua tiêu điểm ảnh (a) – Tia tới (b) hướng tới tiêu điểm vật, cho tia ló song song với trục – Tia tới (c) qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng Q trình tạo ảnh qua thấu kính hội tụ O F F/ Vật thật ảo thường cho ảnh thật, có trường hợp vật thật nằm khoảng từ (c) O đến F cho ảnh ảo Quá trình tạo ảnh qua thấu kính phân kì (b) Vật thật ảo thường cho ảnh ảo, có trường hợp vật ảo nằm khoảng từ O đến (Hình 37) F cho ảnh thật 1 d f d f d d / suy f 10 Cơng thức thấu kính ; d ; d f d d d f d f d d Công thức dùng cho thấu kính hội tụ thấu kính phân kì 11 Độ phóng đại ảnh Độ phóng đại ảnh tỉ số chiều cao ảnh chiều cao vật: A' B' d f f d f d d f f d f AB * k > : Ảnh chiều với vật * k < : Ảnh ngược chiều với vật Giá trị tuyệt đối k cho biết độ lớn tỉ đối ảnh so với vật – Cơng thức tính độ tụ thấu kính theo bán kính cong mặt chiết suất thấu kính: 1 n D ( 1) f n R1 R2 Trong đó, n chiết suất đối chất làm thấu kính, n’ chiết mơi trường đặt thấu kính R1 R2 bán kính hai mặt thấu kính với qui ước: Mặt lõm: R > ; Mặt lồi: R < ; Mặt phẳng: R = III MẮT&CÁC TẬT CỦA MẮT Định nghĩa: phương diện quang hình học, mắt giống máy ảnh, cho ảnh thật nhỏ vật võng mạc Cấu tạo thủy tinh thể: Bộ phận chính: thấu kính hội tụ có tiêu cự f thay đổi võng mạc: ảnh, sát dáy mắt nơi tập trung tế bào nhạy sáng dầu dây thần kinh thị giác Trên võng mạc có điển vàng V nhạy sáng Đặc điểm: d’ = OV = không đổi: để nhìn vật khoảng cách khác (d thay đổi) => f thay đổi (mắt phải điều tiết ) Sự điều tiết mắt – điểm cực viễn Cv điểm cực cận Cc Sự điều tiết k GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang 12 / 18 VẬT LÍ 11 CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Sự thay đổi độ cong thủy tinh thể (và thay đổi độ tụ hay tiêu cự nó) để làm cho ảnh vật cần quan sát lên võng mạc gọi điều tiết Điểm cực viễn Cv : Điểm xa trục mắt mà đặt vật mắt thấy rõ mà không cần điều tiết ( f = fmax) Điểm cực cận Cc: Điểm gần trục mắt mà đặt vật mắt thấy rõ điều tiết tối đa ( f = fmin) Khoảng cách từ điểm cực cận Cc đến cực viễn Cv : Gọi giới hạn thấy rõ mắt Mắt thường : fmax = OV, OCc = Đ = 25 cm; OCv = Góc trơng vật suất phân ly mắt AB Góc trơng vật : tg = góc trơng vật ; AB: kích thườc vật ; = AO = khỏang cách từ vật tới quang tâm O mắt - Năng suất phân ly mắt Là góc trơng vật nhỏ hai điểm A B mà mắt phân biệt hai điểm rad 1' 3500 - lưu ảnh võng mạc thời gian 0,1s để võng mạc hồi phục lại sau tắt ánh sáng kích thích Các tật mắt – Cách sửa a Cận thị : mắt không điều tiết có tiêu điểm nằm trước võng mạc fmax < OC; OCc< Đ ; OCv < => Dcận > Dthường Sửa tật : nhìn xa mắt thường : phải đeo thấu kính phân kỳ cho ảnh vật qua kính lên điểm cực viễn mắt AB kính AB 1 1 DV d d (OCV ) f d d OCV l = OO’= khỏang cách từ kính đến mắt, đeo sát mắt l =0 fk = -OV b Viễn thị : Là mắt khơng điề tiết có tiêu điểm nằm sau võng mạc fmax >OV; OCc > Đ ; OCv : ảo sau mắt => Dviễn < Dthường Sửa tật : cách : + Đeo thấu kính hội tụ để nhìn xa vơ cực mắt thương mà khơng cần điều tiết(khó thực hiện) + Đeo thấu kính hội tụ để nhìn gần mắt thường cch mắt 25cm (đây cách thương dùng ) AB kính AB 1 1 DC d (OCC ) d 0,25 f d d OCC IV.KÍNH LÚP Định nhgĩa: Là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trông việc quang sát vật nhỏ Nó có tác dụng làm tăng góc trơng ảnh cách tạo ảnh ảo, lớn vật nằm trông giới hạn nhìn thấy rõ mắt cấu tạo Gồm thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn(cỡ vài cm) cách ngắm chừng kínhOk matO A1B1 A2 B2 AB d1 d1’ d2 d2’ ’ d1 < O F ; d1 nằm giới hạn nhìn rõ mắt: d1 + d1’ = OKO ; d2’ = OV ’ GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang 13 / 18 CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VẬT LÍ 11 1 ' f K d1 d1 Ngắm chừng cực cận Điều chỉnh để ảnh A1B1 ảnh ảo hiệm CC : d1’ = - (OCC - l) (l khoảng cách vị trí đặt kính mắt) AB kính AB 1 1 DC d d (OCC ) f d d d OCC Ngắm chừng CV Điều chỉnh để ảnh A1B1 ảnh ảo hiệm CV : d1’ = - (OCV - l) AB kính AB 1 1 DV d d (OCV ) f d d d OCV Độ bội giác kính lúp * Định nghĩa: Độ bội giác G dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt tỉ số góc trơng ảnh vật qua dụng cụ quang học với góc trơng trực tiếp vật đặt vật điểm cực cận mắt G tan tan Với: tg (vì góc nhỏ) AB AB Ñ OCc * Độ bội giác kính lúp: Gọi l khoảng cách từ mắt đến kính d’ khoảng cách từ ảnh A’B’ đến kính (d’ < 0), ta có : tg A' B' A' B' OA d' suy ra: G tg A' B' Ñ tg0 AB d' G = k Hay: Ñ d' + (1) k độ phóng đại ảnh - Khi ngắm chừng cực cận: d' Ñ đó: GC kC d d - Khi ngắm chừng cực viễn: d OCV đó: GV d Đ d OCV - Khi ngắm chừng vơ cực: ảnh A’B’ vơ cực, AB CC nn: tg Suy ra: AB AB OF f G GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Ñ f G có giá trị từ 2,5 đến 25 Trang 14 / 18 CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VẬT LÍ 11 ngắm chừng vơ cực + Mắt điều tiết + Độ bội giác kính lúp khơng phụ thuộc vào vị trí đặt mắt Giá trị G ghi vành kính: X2,5 ; X5 Lưu ý: - Với l l khoảng cch từ mắt tới kính lp khi: ≤ l < f GC > GV GC = GV GC < GV 25 - Trn vành kính thường ghi gi trị G f (cm) l=f l>f Ví dụ: Ghi X10 G 25 f (cm) 10 f 2,5cm V KÍNH HIỂN VI Định nghĩa: Kính hiển vi dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc trơng ảnh vật nhỏ, với độ bội giác lớn lơn nhiều so với độ bội giác kính lp Cấu tạo: Cóhai phận chính: - Vật kính O1 thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (vài mm), dùng để tạo ảnh thật lớn vật cần quan sát - Thị kính O2 l thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (vài cm), dùng kính lúp để quan sát ảnh thật nói Hai kính có trục trùng khoảng cách chúng không đổi Bộ phận tụ sáng dùng để chiếu sáng vật cần quan sát Độ bội giác kính ngắm chừng vơ cực: - Ta cĩ: tg Do đó: G A1B1 A1B1 AB v tg = O2 F2 f2 Ñ tg A1B1 Ñ x tg AB f2 (1) G k1 G2 Hay Độ bội giác G kính hiển vi trường hợp ngắm chừng vơ cực tích độ phóng đại k1 ảnh A1B1 qua vật kính với độ bội giác G2 thị kính Hay G .Đ f1 f2 Với: = F1/ F2 gọi độ dài quang học kính hiển vi Người ta thường lấy Đ = 25cm VI KÍNH THIÊN VĂN Định nghĩa: Kính thiên văn dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc trơng ảnh vật xa (các thiên thể) Cấu tạo: Có hai phận chính: - Vật kính O1: l thấu kính hội tụ có tiêu cự dài (vài m) - Thị kính O2: l thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (vài cm) Hai kính lắp trục, khoảng cách chúng thay đổi c) Độ bội giác kính ngắm chừng vô cực: - Trong cách ngắm chừng vô cực, người quan sát điều chỉnh để ảnh A1B2 vô cực Lúc GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang 15 / 18 CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VẬT LÍ 11 A1B1 AB v tg 1 tg f2 f1 Do đó, độ bội giác kính thiên văn ngắm chừng vô cực : G tg f1 tg0 f2 B.PHÂN DẠNG BÀI TẬP BÀI TẬP VỀ LĂNG KÍNH Điều kiện góc chiết quang A góc tới i để có tia ló lăng kính có chiết suất n đặt khơng khí A A sin sin igh sin 2 n i arcsin(n sin( A igh )) BÀI TẬP THẤU KÍNH Chủ đề 1: Xác định ảnh vật- tính chất ảnh ( Xác định d, d’, f) Xác định vật ảnh cho k, f 𝑘= −𝑓 => 𝒅 = 𝒇 − 𝑑−𝑓 𝒇 𝒌 Chủ đề 2: Khoảng cách vật ảnh L =/ d’ + d / Xác định vật ảnh cho f, L 𝑑 + 𝑑′ = 𝐿 𝑑′ = 𝑑𝑓 => 𝑑−𝑓 𝑑𝑓 𝑑−𝑓 +𝑑 =𝐿 => 𝒅𝟐 − 𝑳𝒅 + 𝑳𝒇 = 𝟎 Cho k,L tính f 𝑘= −𝑑′ 𝑑 𝐿 =𝑑+𝑑 ′ => { 𝑑.𝑑′ { 𝑓 = 𝑑+𝑑′ 𝑓= 𝑑.(−𝑘.𝑑) 𝐿 𝐿 = 𝑑 − 𝑘 𝑑 = 𝑑 (1 − 𝑘) 𝑑.(−𝑘.𝑑) 𝑓= => { 𝑑= 𝐿 𝐿 => 𝑓 = 𝐿 (−𝑘 )𝐿 ( 1−𝑘) ( 1−𝑘)𝐿 = −𝑘𝐿 (1−𝑘)2 1−𝑘 => 𝒇 = − 𝒌 𝑳 (𝟏 − 𝒌)𝟐 Chủ đề 3: Sự di chuyển vật di chuyển ảnh GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT Trang 16 / 18 CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VẬT LÍ 11 Xác định vật ảnh cho f, ∆𝑑, ∆𝑑 ′ 𝑑𝑓 𝑑′ = 𝑑−𝑓 (𝑑 ± ∆𝑑 )𝑓 𝑑 ′ ± ∆𝑑 ′ = 𝑑 ± ∆𝑑 − 𝑓 Vật ảnh đổi chỗ Tìm d 𝑑 + 𝑑′ = 𝐿 { 𝑑 − 𝑑′ = 𝑙 Tìm f 𝑳𝟐 − 𝒍𝟐 𝒇= 𝟒𝑳 𝑘 Cho L, | | Tìm f ( Vật ảnh đổi chỗ ) 𝑘2 𝑑 + 𝑑′ = 𝐿 −𝑑 𝑘 = ′ { 𝑘2 = 𝑑 + 𝑑′ = 𝐿 => { 𝑘 𝑘 = | 1| = 𝑑 −𝑑′ 𝑘2 𝑑 => 𝑓 = 𝑑 + 𝑑′ = 𝐿 => { 𝑑 = √𝑘 𝑑 ′ 𝑑2 𝑑′ 𝑑 𝑑 ′ 𝐿 𝐿 √𝑘 = 𝑑 + 𝑑′ ( + √𝑘) ( + √𝑘) 𝐿 √𝒌 𝒇= 𝟐 ( 𝟏+ √𝒌) 𝑳 Cho ∆𝒅, 𝒌𝟏, 𝒌𝟐, 𝑻ì𝒎 𝒇 𝑘1 = { 𝑘1 = −𝑓 𝑑= 𝑓− 𝑑−𝑓 −𝑓 => { 𝑘2 = 𝑑+∆𝑑−𝑓 𝑓 𝑘1 −𝑓 𝑓− => 𝒇 = 𝑓 +∆𝑑−𝑓 𝑘1 𝒌𝟏 𝒌𝟐 ∆𝒅 𝒌𝟐 − 𝒌𝟏 Hai vị trí vật cho ảnh có độ phóng đại ( cho ∆𝒅, 𝒌 tìm f ) −𝑓 𝑘1 = { 𝑘1 = −𝑓 = 𝑑 |𝑘 | − 𝑓 |𝑘 | => { −𝑓 = −𝑑 |𝑘 | + 𝑓 |𝑘 | − ∆𝑑 |𝑘 | 𝑑−𝑓 −𝑓 𝑑+ ∆𝑑−𝑓 -2.f = |𝑘 | ∆𝑑 𝟏 𝒇 = |𝒌|∆𝒅 𝟐 𝑘 Cho f, ∆𝑑, | |, xác định vật ảnh 𝑘2 𝑘1 = − 𝑑1′ 𝑑 = { 𝑑2′ 𝑘2 = − = 𝑑2 −𝑓 𝑑1 −𝑓 −𝑓 𝑘 𝑑2−𝑓 𝑘2 𝑑1 −𝑓 => | | = | |=| 𝑑1 ±∆𝑑−𝑓 𝑑1 −𝑓 | 𝑑2 −𝑓 𝒌𝟐 𝒅𝟏 ±∆𝒅−𝒇 𝒌𝟏 𝒅𝟏 −𝒇 => | | = | GV: TRẦN THỊ THU NGUYỆT | Trang 17 / 18 CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VẬT LÍ 11 Chủ đề 4:(Dành cho chương trình nâng cao) Hệ hai thấu kính đồng trục ghép cách khoảng l: L L2 A1' B2' Sơ đồ tạo ảnh: AB ' A1' B1' ' d1 , d1 d2 , d2 d1' d1 f d1 f ; d2= l – d’1 Độ phóng đại ảnh qua hệ: ; d 2' d2 f d2 f ; k1 d1' d1 ; k2 d 2' d2 k=k1.k2 Chủ đề 5: Bài tập tật mắt cách khắc phục (Chỉ xét điều kiện kính đeo sát mắt) Mắt cận: (Khoảng nhìn rõ mắt cận nhỏ khoảng nhìn rõ mắt bình thường) Nhìn gần rõ, nhìn xa khơng rõ Phải đeo kính phân kì ( fk < ) để tạo ảnh ảo ( d’ ) để tạo ảnh ảo ( d’