Chương VII MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC PHẦN I: 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 A ≤ 2igh sin i = n sin r 2 Điều kiện để có tia ló i ≥ i0 D I A = r1 + r2 sin i = n sin( A − τ ) i1 i D = i1 + i2 − A r2 J r1 R S r1 = r2 = A/2 B i1 = i2 =i suy ra: Dmin = 2i − A Khi góc lệch đạt cực tiểu: Tia ló tia tới đối xứng qua mặt phẳng phân giác góc chiết quang A Góc lệch cự tiểu: Khi góc lệch đạt cực tiểu Dmin : sin C Dmin + A A = n sin 2 * Nếu A, i1 ≤ 100 góc lệch D = A(n − 1) II.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 – Thấu kính rìa dày gọi thấu kính phân kì Đường thẳng nối tâm hai chỏm cầu gọi trục thấu kính Coi O1 ≡ O2 ≡ O gọi quang tâm thấu kính (a) (b) F O (c) (Hình 36) F/ Tiêu điểm – Với thấu kính hội tụ: Chùm tia ló hội tụ điểm F / trục F/ gọi tiêu điểm 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/) 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 không 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 vng 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 (c) khoảng từ O đến F cho ảnh ảo Q trình tạo ảnh qua thấu kính phân kì (b) Vật thật ảo thường cho ảnh ảo, có trường hợp vật ảo nằm (Hình 37) khoảng từ O đến F cho ảnh thật 1 d ′ f d f d d ′ = + / suy f = 10 Công 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 k= =− = = = 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 R 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 = khơng 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 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 α = l α = góc trơng vật ; AB: kích thườc vật ; l = AO = khỏang cách từ vật tới quang tâm O mắt - Năng suất phân ly mắt Là góc trơng vật nhỏ α hai điểm A B mà mắt phân biệt hai điểm α ≈ 1' ≈ rad 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 → A′B′ 1 1 DV = = + = − d ′ = −(OCV − ) d =∞ 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 → A′B′ 1 1 DC = = + = − d = 0,25 d ′ = −(OCC − ) f d d ′ ∞ OCC − IV KÍNH LÚP Định nhgĩa: Là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trơng việc quang sát vật nhỏ Nó có tác dụng làm tăng góc trơng ảnh cách tạo ảnh ảo, lớn vật nằm trơng giới hạn nhìn thấy rõ mắt cấu tạo Gồm thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn(cỡ vài cm) cách ngắm chừng → A2 B2 AB → A1B1 kínhOk matO d1 d1’ d2 d2’ d1 < O F ; d1 nằm giới hạn nhìn rõ mắt: d1 + d1’ = OKO ; d2’ = OV 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 → A′B′ 1 1 DC = = + = − d ′ = −(OCC − ) d ′ f d d d OCC − • Ngắm chừng CV Điều chỉnh để ảnh A1B1 ảnh ảo hiệm CV : d1’ = - (OCV - l) AB kính → A′B′ 1 1 DV = = + = − d ′ = −(OCV − ) d 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 α vật qua dụng cụ quang học với góc trơng trực tiếp α vật đặt vật điểm cực cận mắt G= α tan α ≈ α tan α Với: tgα = (vì góc α α 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 : tgα = A 'B' A 'B' = OA d' + l tgα A 'B' Ñ suy ra: G = tgα = AB d' + l G =k Hay: Ñ d' +l (1) k độ phóng đại ảnh - Khi ngắm chừng cực cận: d' + l = Đ đó: − d′ GC = kC = 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: tgα = AB AB = OF f G∞ = Ñ f Suy ra: G∞ có giá trị từ 2,5 đến 25 • 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 l=f ⇒ GC = GV l>f ⇒ GC < GV 25 - Trn vành kính thường ghi gi trị G¥ = f (cm) 25 = 10 Þ f = 2,5cm Ví dụ: Ghi X10 G¥ = f (cm) V KÍNH HIỂN VI 1.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 2.Cấu tạo: Có hai 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 khơng đổi Bộ phận tụ sáng dùng để chiếu sáng vật cần quan sát Độ bội giác kính ngắm chừng vô cực: - Ta cĩ: tgα = Do đó: G∞ = Hay A 1B1 A1B1 AB = v tgα = O2F2 f2 Ñ tgα A 1B1 Ñ = x tgα AB f2 (1) G∞ = k1 × G2 Độ bội giác G∞ kính hiển vi trường hợp ngắm chừng vơ cực tích độ phóng đại k ảnh A1B1 qua vật kính với độ bội giác G2 thị kính Hay G∞ = δ.Ñ f1.f2 Với: δ = 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 vơ cực: - Trong cách ngắm chừng vô cực, người quan sát điều chỉnh để ảnh A1B2 vơ cực Lúc tgα = A 1B1 A 1B1 v tgα = f2 f1 Do đó, độ bội giác kính thiên văn ngắm chừng vô cực : G∞ = tgα f1 = tgα0 f2 ... 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... 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... 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