Phan tich chuong Mat va cac dung cu quang

Trong chương này HS được học về lăng kính, tính chất của lăng kính; các khái niệm liên quan đến thấu kính như thấu kính mỏng, quang tâm, trục chính, trục phụ, tiêu điểm chính, tiêu điểm [r]

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ PHỔ THƠNG 1 Đề tài:

TÌM HIỂU NỘI DUNG KIẾN THỨC CƠ BẢN PHẦN MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG

Giảng viên hướng dẫnHọc viên thực hiện

PGS TS Lê Công TriêmLưu Thanh Thưởng Lớp LL & PPDH Vật lý – K18

A MỞ ĐẦU

Quang học lĩnh vực quan trọng vật lý học, nghiên cứu tất tượng liên quan đến ánh sáng Quang học người biết đến từ lâu ngày nay, quang học phát triển lên tầm vĩ mô mang lại ứng dụng to lớn cho sống người Từ gương soi, kính đeo, camera hay nhũng kính thiên văn v.v…tất liên quan đến kiến thức vật lý học, cụ thể quang học

Xuất phát yêu cầu môn học, lựa chọn nghiên cứu phần “Mắt dụng cụ quang ” Qua việc nghiên cứu, phân tích, tìm hiểu, đánh giá kiến thức chương sách giáo khoa Vật lý 11 tham khảo tài liệu liên quan, tác giả mong muốn rút kiến thức bổ ích cho thân, góp phần thực tốt cơng tác giảng dạy vật lý trường phổ thông sau Tiểu luận tập trung vào nghiên cứu phần “mắt dụng cụ quang theo hai nội dung: trình bày kiến thức tìm hiểu sâu kiến thức theo hiểu biết thân

B NỘI DUNG

I Đặc điểm mục tiêu phần Quang hình học Vật lý 11 nâng cao

1.1 Đặc điểm phần học

Quang hình học thuộc chương trình Vật lý 11 nâng cao phần Quang học dùng phương pháp hình học để giải thích tượng liên quan đến ánh sáng Trong chương trình Vật lý 11 nâng cao, phần học chia thành hai chương; chương “Khúc xạ ánh sáng” dạy tiết gồm tiết nghiên cứu lý thuyết tiết tập; chương “Mắt Các dụng cụ quang học” giảng dạy 15 tiết gồm tiết nghiên cứu lý thuyết, tiết tập tiết thực hành Một số kiến thức mức độ phần học đề cập chương trình Vật lý cấp THCS, chương trình Vật lý 11 nâng cao, kiến thức đề cập chi tiết sâu sắc

chiết suất tỉ đối, chiết suất tuyệt đối, tượng khúc xạ ánh sáng, định luật khúc xạ ánh sáng, nguyên lý thuận nghịch truyền ánh sáng; góc tới giới hạn, góc khúc xạ giới hạn, điều kiện xảy phản xạ toàn phần, ứng dụng tượng phản xạ toàn phần để chế tạo sợi quang học cáp quang…

Trong chương “Mắt Các dụng cụ quang học” HS nghiên cứu đường tia sáng tạo ảnh vật qua dụng cụ quang học; cấu tạo hoạt động mắt, tật mắt cách sửa tật Trong chương HS học lăng kính, tính chất lăng kính; khái niệm liên quan đến thấu kính thấu kính mỏng, quang tâm, trục chính, trục phụ, tiêu điểm chính, tiêu điểm phụ, tiêu diện, tiêu cự, độ tụ, độ phóng đại, cơng thức thấu kính, đơn vị đo đại lượng; điều tiết mắt nhìn vật điểm cực cận cực viễn, suất phân li lưu ảnh mắt, đặc điểm mắt bị tật cách khắc phục; cấu tạo, cơng dụng kính lúp, kính hiển vi kính thiên văn; cơng thức tính số bội giác kính lúp, kính hiển vi kính thiên văn; cách dựng ảnh vật qua thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì, kính lúp, kính hiển vi kính thiên văn; thực hành thí nghiệm xác định tiêu cự thấu kính

Vật lý môn khoa học thực nghiệm nên trình hình thành kiến thức cho HS GV HS phải tiến hành thí nghiệm từ tạo niềm tin, phát triển tư góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS Các thí nghiệm phần Quang hình học đơn giản khả thành công cao tiến hành lớp GV HS gặp nhiều khó khăn.Vì việc xây dựng thư viện hình ảnh, thư viện video clip khai thác phần mềm nhằm trực quan hóa thí nghiệm cần thiết

1.2 Mục tiêu phần học

Chủ đề Kết cần đạt Chương VI

Khúc xạ ánh sáng

1 Định luật khúc

+ Kiến thức

- Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng

xạ ánh sáng Chiết suất Tính thuận nghịch truyền ánh sáng Hiện tượng phản xạ toàn phần Cáp quang

trường

- Nêu tính chất thuận nghịch truyền ánh sáng thể tính chất định luật khúc xạ ánh sáng

- Mô tả tượng phản xạ toàn phần nêu điều kiện xảy tượng

- Mô tả truyền ánh sáng cáp quang nêu ví dụ ứng dụng cáp quang tiện lợi

+ Kĩ năng

- Vận dụng hệ thức định luật khúc xạ ánh sáng - Giải tập tượng phản xạ toàn phần

Chương VIII Mắt dụng cụ quang học

1 Lăng kính Thấu kính Mắt Các tật mắt Hiện tượng lưu ảnh màng lưới

4 Kính lúp Kính hiển vi Kính thiên văn

+ Kiến thức

- Mơ tả lăng kính

- Nêu lăng kính có tác dụng làm lệch tia sáng truyền qua - Mơ tả thấu kính mỏng

- Nêu tiêu điểm, tiêu diện thấu kính mỏng

- Phát biểu định nghĩa độ tụ thấu kính nêu đơn vị đo độ tụ

- Nêu số phóng đại tạo thấu kính - Viết cơng thức thấu kính

- Nêu điều tiết mắt nhìn vật điểm cực cận điểm cực viễn

- Nêu đặc điểm mắt cận, mắt viễn, mắt lão mặt quang học cách khắc phục tật

- Nêu góc trơng suất phân li

- Nêu lưu ảnh màng lưới ví dụ cụ thể tượng

- Mô tả nguyên tắc cấu tạo công dụng kính lúp, kính hiển vi kính thiên văn

- Nêu số bội giác

+ Kĩ năng

- Vận dụng cơng thức lăng kính để tính góc ló, góc lệch góc lệch cực tiểu

- Vận dụng công thức

1 1

1

n D

f n R R

   

      

 

 

- Vẽ đường truyền tia sáng qua thấu kính mỏng hội tụ, phân kì hệ hai thấu kính đồng trục

- Dựng ảnh vật thật tạo thấu kính

- Vận dụng cơng thức thấu kính cơng thức tính số phóng giải tập

- Giải tập mắt cận mắt lão

- Dựng ảnh vật tạo kính lúp, kính hiển vi kính thiên văn

- Giải tập kính lúp, kính hiển vi kính thiên văn - Giải tập hệ quang đồng trục gồm hai thấu kính thấu kính gương phẳng

- Xác định tiêu cự thấu kính phân kì thí nghiệm

III Tìm hiểu nội dung kiến thức phần “mắt dụng cụ quang học”

3.1 Lăng kính 3.1.1 Định nghĩa

Lăng kính khối chất suốt (làm thuỷ tinh, thạch anh, nước, ) hình lăng trụ đứng, có tiết diện thẳng hình tam giác (H.2.1).(SGK11CB)

- Các yếu tố lăng kính hình vẽ

3.1.2 Đường tia sáng qua lăng kính

Xét lăng kính có chiết suất n đặt khơng khí Xét tia sáng nằm mặt phẳng lăng kính

+ Trường hợp dùng ánh sáng đơn sắc chiếu vào lăng kính:

Xét tia sáng SI chiếu tới mặt bên AB lăng kính, sau khúc xạ hai điểm I, J cho tia ló JR bị lệch phía đáy lăng kính

Như vậy, ánh sáng đơn sắc, lăng kính có tác dụng làm lệch tia sáng phía đáy lăng kính với góc lệch D(n1)A Giá trị góc lệch phụ thuộc vào góc chiết quang A chiết suất n lăng kính (chứng minh phần tiếp theo) Góc lệch thay đổi theo góc tới i, đường tia sáng đối xứng qua tia phân giác góc A góc lệch D đạt giá trị cực tiểu

+ Trường hợp dùng ánh sáng trắng:

Ánh sáng trắng tập hợp vơ số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím, mà chiết suất lăng kính ánh sáng đơn sắc khác khác Chiết suất tia đỏ nhỏ tia tím lớn Do ánh sáng trắng sau qua lăng kính khơng bị lệch phía đáy mà cịn bị tách nhiều tia sáng có màu sắc khác (tán sắc ánh sáng).

3.1.3 Các công thức lăng kính

Trên hình 2, áp dụng định luật khúc xạ điểm I, J ta có: sini n sinr;

nsinr/ sini/; Tam giác IKJ có r + r/ = A

Tam giác IMJ có D MIJ MJI· ·  (i r) ( i/ r/) D i i  / (r r /) i i/ A Vậy, lăng kính, ta có cơng thức sau:

sini n sinr

D i i  / A.

Nếu góc nhỏ ta dùng công thức gần sau:

i nr

/ /

i nr

/

A r r 

( 1)

D n A ( Các góc sử dụng đơn vị radian).

* Các trường hợp ta giả thiết xét có tia khúc xạ mặt thứ hai Các trường hợp khác, góc tới mặt thứ nhỏ, không chiếu tia tới đến mặt bên mà vào đáy theo chiều khác có phản xạ tồn phần xảy mặt thứ hai (H.4) Người ta ứng dụng tượng lăng kính làm để đổi chiều ánh sáng kính tiềm vọng, ống nhịm,…

2.1.4 Cơng dụng lăng kính

Lăng kính có nhiều cơng dụng khoa học kĩ thuật máy quang phổ, ống nhịm, máy ảnh

3.2 Thấu kính

3.2.1 Định nghĩa thấu kính

Thấu kính khối chất suốt (thủy tinh, nhựa ) giới hạn hai mặt cong mặt cong mặt phẳng (các mặt cong thường mặt cầu)

Thấu kính mỏng thấu kính có bề dày nhỏ so với hai bán kính mặt cầu

3.2.2 Hình dạng phân loại thấu kính

- Theo hình dạng, thấu kính gồm loại:

+ Thấu kính lồi (thấu kính rìa mỏng) (hình 5a); + Thấu kính lõm (thấu kính có rìa dày) (hình 5b)

- Nếu xét theo tác dụng làm lệc tia sáng khơng khí, thấu kính chia thành: + Thấu kính phân kì (thấu kính lõm);

+ Thấu kính hội tụ (thấu kính lồi)

3.2.3 Các yếu tố thấu kính

Các yếu tố ký hiệu thấu kính hình

Ở ta lưu ý: với thấu kính có trục chính, có vơ số trục phụ; tia sáng qua quang tâm (trùng với trục phụ) truyền thẳng; bề dày thấu kính phụ thuộc vào bán kính cong R1, R2 đường kính độ 

3.2.4 Tiêu điểm Tiêu diện Tiêu cự

- Chiếu chùm sáng (đơn sắc) song song đến thấu kính

 Nếu chùm tia tới song song với trục chùm tia ló hội tụ cắt

tại điểm (đối với thấu kính hội tụ) phân kì có đường kéo dài cắt điểm (thấu kính phân kì) điểm nằm trục thấu kính gọi tiêu điểm ảnh thấu kính, ký hiệu F/.

 Nếu chùm tia tới chùm sáng song song, phương tới không song

song với trục chùm tia ló hội tụ (hoặc có điểm kéo dài cắt nhau) điểm khơng nằm trục mà nằm mặt phẳng vng góc với trục qua tiêu điểm ảnh, điểm gọi tiêu điểm ảnh phụ, ký hiệu F/

n Mặt phẳng chứa tất tiêu điểm ảnh phụ gọi tiêu diện

(H.8)

- Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm: tiêu điểm ảnh (chính) tiêu điểm vật (chính) đối xứng với qua quang tâm O Sự tồn tiêu điểm vật suy từ tiêu điểm ảnh cách vận dụng tính thuận nghịch truyền ánh sáng Do đó, vị trí hai tiêu điểm ảnh vật trục tuỳ thuộc chiều truyền ánh sáng đổi vai trò lẫn đổi chiều truyền ánh sáng (H.7)

- Khái niệm tiêu điểm ảnh trục hiểu theo hai cách:

 Đó điểm giao chùm tia ló (hay đường kéo dài) chùm tia tới

chùm tia song song với trục tương ứng

 Đó vị trí ảnh vật điểm vô cực

- Đối với thấu kính phân kì tiêu điểm thấu kính điểm ảo Do đó, đặt vật vị trí F/ vai trị quang học điểm hiện.

- Tiêu cự trị số đại số xác định : f OF (f > F/ thật f < 0

nếu F/ ảo).

- Độ tụ:

1

D f



, đặc trưng cho khả hội tụ (hay phân kì) chùm sáng thấu kính Một thấu kính có độ tụ lớn tiêu cự nhỏ khả hội tụ (phân kỳ) ánh sáng lớn Khi tính trị số độ tụ, f phải dùng đơn vị mét (m) đơn vị độ tụ điốp

3.2.5 Đường tia sáng qua thấu kính ảnh vật tạo bởi thấu kính

 Các tia đặc biệt:

+ Tia tới song song với trục chính, tia ló tương ứng (hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm ảnh F/.

+ Tia tới (hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm vật F, tia ló tương ứng song song với trục

+ Tia tới qua quang tâm O truyền thẳng (H.9)

 Đối với tia tới bất kỳ, ta vẽ tia ló cách vẽ trục phụ, tia ló tia

tới trục phụ giao điểm tiêu diện

Ảnh vật qua thấu kính tập hợp ảnh tất điểm vật, ảnh điểm giao điểm tia ló (hoặc đường kéo dài ti ló)

- Đối với thấu kính có bề dày tương đối lớn so với bán kính mặt cong (khơng phải thấu kính mỏng) tia ló sau qua thấu kính khơng thoả mản điều kiện tương điểm (H.11)

- Ảnh vật thật qua thấu kính phân kì ln ảnh ảo, cịn qua thấu kính hội tụ cho ảnh thật ảo tuỳ vào khoảng cách từ vật đến thấu kính

3.2.6 Các cơng thức thấu kính

 Cơng thức độ tụ:

1 ( 1) 1

n D

f no R R

 

 

 

 

   

, với n chiết suất tuyệt đối chất làm thấu kính, n0 chiết suất mơi trường chứa thấu kính R1, R2 bán kính hai mặt cầu

Nếu thấu kính đặt khơng khí thì:

1 1

( 1)

1

D n

f R R

 

 

 

 

   

, với chiết suất tỉ đối chất làm thấu kính với mơi trường chứa thấu kính

 Cơng thức liên hệ vị trí vật vị trí ảnh:

/

1 1

f  d d , d d/ trị số xác định vị trí

của vật ảnh, âm dương (vật, ảnh thật d, d/ > 0; vật, ảnh ảo d, d/ < 0).

 Cơng thức tính độ phóng đại:

/ d k

d



Độ phóng đại cho biết ảnh vật tạo thấu kính lớn (bé hơn) lần so với vật

 Các công thức chứng minh dể dàng qua phép tốn hình học, riêng cơng

thức tính độ tụ

1 ( 1) 1 1

1 2

n D

f no R R

 

 

 

 

   

+ Xét tia sáng OP xuất phát từ điểm O với góc nhỏ , chiếu đến mặt phân cách hai mơi trường có chiết suất n1, n2 (giả sử n1 > n2), hai môi

trường ngăn cách mặt cầu bán kính R hình vẽ:

Trên hình vẽ ta xem điểm I ảnh điểm O Do đó, gọi d d/ là

khoảng cách từ vật, ảnh đến mặt phân cách

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng P: n1.sin1=n2.sin2.

Xét góc nhỏ nên: n1.1=n2.2 (1)

1 góc ngồi tam giác POC nên: 1    (2)

 góc ngồi tam giác CPI nên:  =   2 (3)

Thay (2) (3) vào (1) ta có: n1 n2(n2  n1) (4)

Mặt khác: h tg d    ; / h tg d    (5)

Thay vào (4) biến đổi, ta có: 2 / n n n n d d R    (6)

+ Xét thấu kính có chiết suất n, bán kính cong hai mặt R1, R2, bề dày t (H.13)

Vật đặt O sau khúc xạ mặt trước thấu kính cho ảnh (ảo) I1 Áp dụng (7) ta được:

1/

1 n n 1

d d R



 

(8)

Ảnh I1 trở thành vật trước mặt sau thấu kính Do tính chất thuận nghịch ánh sáng ta sử dụng (7):

2/

1 1

n n

d d R



 

(9)

Mặt khác: d2 = - d1/ + t Đối với thấu kính mỏng thấu kính mỏng t << d,

do d2 d1/ (10)

Biến đổi (8), (9), (10) ta kết quả:

/

1 2

1 1 1 1

(n 1)

d d R R

 

     

  (11).

Đối với thấu kính mỏng, ta gọi d, d/ khoảng cách từ vật đến thấu kính từ ảnh đến thấu kính, (11) viết tổng quát:

/

1

1 1 1 1

(n 1)

d d R R

 

     

  (13).

Với trường hợp trên, mặt cầu R2 quay ngược chiều truyền ánh sáng nên R2 < Trong trường hợp ta không quan tâm đến dấu mà lấy độ lớn (13) là:

/

1

1 1 1 1

(n 1)

d d R R

 

     

  (14).

Vì tiêu điểm thấu kính ảnh vật vơ cực nên cho d  d/ = f Thay vào (14) ta có kết cuối cùng:

1 1 1

(n 1)

f R R

 

    

  (15).

1 ( 1) 1 1

1 2

n D

f no R R

 

 

 

 

   

(16)

3.2.7 Ứng dụng thấu kính

Thấu kính có nhiều cơng dụng hữu ích đời sống khoa học Thấu kính dùng làm: khắc phục tật mắt; dùng quang cụ hỗ trợ cho mắt quan sát vật từ vi mô đến vĩ mô, xa hay gần; dùng máy quay phim, chụp hình; máy quang phổ…Vật liệu chế tạo thấu kính ngày hồn thiện, với cơng nghệ chế tạo tinh vi, người ta chế tạo dụng cụ quang cho ảnh có chất lượng cao

3.3 Mắt

3.3.1 Cấu tạo quang học mắt

Mắt hệ gồm nhiều môi trường suốt tiếp giáp mặt cầu Chiết suất mơi trường có giá trị khoảng 1,336 – 1,437

Mắt có phận hình 3.1

* Thể thuỷ tinh: khối chất đặc suốt (giống thạch) có hình dạng thấu kính hội tụ Thuỷ tinh thể có tác dụng hội tụ chùm ánh sáng chiếu vào mắt để tạo thành ảnh võng mạc

* Võng mạc (màng lưới): lớp mỏng tập trung đầu sợi dây thần kinh thị giác Trên có chỗ nhỏ màu vàng nơi cảm nhận ánh sáng nhạy gọi điểm vàng Võng mạc có tác dụng giống ảnh để hứng ảnh tạo thấu kính Trong Quang học, mắt biểu diễn sơ đồ thu gọn hình 3.2 Trong hệ quang học phức tạp mắt coi tương đương thấu kính hội tụ (gọi thấu kính mắt)

Cường độ ánh sáng chiếu vào mắt thay đổi nhờ Khi ta quan sát vật xung quanh, tuỳ vào cảnh vật sáng hay tối mà điều chỉnh cường độ ánh sáng chiếu vào mắt thích hợp để giúp mắt nhìn rõ Khi ánh sáng mạnh thu nhỏ lại, cản lại bớt ánh sáng ngược Chẳng hạn từ sáng bước vào phòng tối, ta cảm thấy trước mắt bóng đen, sau thời gian ngắn thích nghi Đó từ chỗ sáng vào chỗ tối, phải mở thích nghi với mơi trường tối, ta nhìn thấy

Trong phận cấu tạo nên mắt riêng nhãn cầu xoay Động tác xoay nhãn cầu (liếc mắt) mục đích để tạo ảnh nằm điểm vàng, giúp mắt nhìn rõ vật từ nhiều vị trí khác

Ở võng mạc, có vị trí sợi dây thần kinh vào nhãn cầu Vị trí gọi điểm mù Khi ảnh rơi trúng vị trí này, mắt sé khơng nhìn thấy vật Điểm mù kiểm chứng thực nghiệm

3.3.2 Sự điều tiết mắt Điểm cực viễn Điểm cực cận

* Sự điều tiết mắt hoạt động mắt làm thay đổi tiêu cự thấu kính mắt ảnh vật cách mắt khoảng khác tạo màng lưới Việc thực nhờ vịng mắt Khi bóp lại, làm thuỷ tinh thể phồng lên, giảm bán kính cong, tiêu cự mắt giảm Khi khơng điều tiết tiêu cự lớn nhất, điều tiết tối đa tiêu cự nhỏ Khi mắt chuyển từ quan sát vật sang quan sát vật khác trạng thái điều tiết thay đổi Trong q trình đó, tiêu cự tăng giảm

* Điểm cực viễn: điểm xa trục mắt mà đặt vật mắt cịn nhìn rõ, ảnh vật nằm võng mạc Đối với mắt khơng có tật, điểm cực viễn vô cực Khi quan sát vật điểm cực viễn, mắt khơng phải điều tiết, khơng bị mỏi * Điểm cực cận: điểm gần trục

mắt mà đặt vật mắt cịn nhìn rõ được, ảnh vật cịn nằm võng mạc Khi quan sát vật điểm cực cận mắt điều tiết tối đa, quan sát lâu mắt dễ bị mỏi Đối với mắt bình thường, điểm cực cận cách mắt khoảng từ 10 - 20cm

* Khoảng cách từ điểm cực viễn đến điểm cực cận gọi khoảng nhìn rõ mắt

3.3.3 Góc trơng suất phân li mắt

Trên hình 3.3,  góc cánh hoa hồng Góc vật phụ thuộc vào kích thước vật khoảng cách từ vật đến mắt Vật xa nhỏ góc trơng nhỏ

Năng suất phân li mắt góc trơng nhỏ hai điểm vật mà mắt cịn phân biệt hai điểm Lúc đó, hai ảnh hai vật nằm hai tế bào nhạy sáng cạnh võng mạc

3.3.4 Các tật mắt cách sửa

Khắc phục: Khắc phục tật cận thị làm để mắt cận nhìn xa rõ mắt thường Kính đeo cho vật xa cho ảnh nằm gần khoảng nhìn rõ mắt Để khắc phục đeo kính phân kì có độ tụ thích hợp trước mắt hay gắn sát giác mạc (H.3.4b), phẫu thuật giác mạc làm giảm độ cong giác mạc

* Mắt viễn: Điểm cực cận xa so với mắt bình thường ( > 25cm), điểm cực viễn điểm ảo nằm sau mắt, tiêu điểm nằm sau võng mạc (H.3.5) Khơng nhìn gần được, cịn nhìn xa mắt thường

Để sửa tật phải đeo kính hội tụ có độ tụ thích hợp trước mắt hay gắn sát giác mạc; Có thể phẫu thuật giác mạc làm tăng độ cong mặt giác mạc Kính đeo cho vật gần cho ảnh nằm xa khoảng nhìn rõ mắt

* Mắt lão : lúc già, khả điều tiết mắt giảm, mắt yếu thuỷ tinh thể trở nên cứng Hậu làm cho điểm cực cận dời xa mắt

- Đặc điểm: khơng nhìn gần được, nhìn xa mắt thường

- Khắc phục : Khắc phục tật lão thị làm để mắt lão nhìn gần rõ mắt thường (giống mắt viễn) Kính đeo cho vật gần cho ảnh nằm xa khoảng

Hình 3.4

O

F A F'

B A’

B’

 

d/

d

nhìn rõ mắt Để khắc phục phải đeo kính hội tụ có độ tụ thích hợp trước mắt hay gắn sát giác mạc phẫu thuật giác mạc làm tăng độ cong mặt giác mạc

Đối với người có mắt cận thị, lúc già có thêm tật mắt lão, đo lớn tuổi phải đeo hai loại kính: kính phân kì để nhìn vật xa, kính hội tụ nhìn vật gần Trong thực tế người ta có chế tạo “kính hai trịng” có phần phân kì phần hội tụ

3.3.5 Sự lưu ảnh mắt

Năm 1829, Platô – nhà vật lý người Bỉ phát cảm nhận tác động ánh sáng lên tế bào màng lưới tiếp tục tồn khoảng 1/10 s sau chùm sáng tắt Trong 1/10 s ta thấy vật ảnh vật khơng cịn tạo võng mạc Đó tượng lưu ảnh mắt Nhờ tượng mà mắt nhìn thấy ảnh ảnh chiếu phim, hình tivi chuyển động

Sách giáo khoa củ gọi tượng lưu ảnh võng mạc, sách giáo khoa hành gọi tượng lưu ảnh mắt Thực chưa có chứng xác định rõ lưu ảnh kéo dài trạng thái sinh hoá học võng mạc hay trạng thái lưu thông tin não

3.5 Kính lúp

3.5.1 Cấu tạo cơng dụng

+ Kính lúp dụng cụ quang bỗ trợ cho mắt để quan sát vật nhỏ

+ Kính lúp cấu tạo thấu kính hội tụ (hoặc hệ ghép tương đương với thấu kính hội tụ) có tiêu cự nhỏ (cở cm)

3.5.2 Sự tạo ảnh kính lúp

+ Đặt vật khoảng từ quang tâm đến tiêu điểm vật kính lúp Khi kính cho ảnh ảo chiều lớn vật

(H.5.1)

hiện giới hạn nhìn rỏ mắt Động tác quan sát ảnh vị trí xác định gọi ngắm chừng vị trí

+ Khi cần quan sát thời gian dài, ta nên thực cách ngắm chừng cực viễn để mắt không bị mõi

3.5.3 Số bội giác kính lúp

+ Xét trường hợp ngắm chừng vơ cực Khi vật AB phải đặt tiêu diện vật kính lúp để ảnh vật nằm vô cực (H.5.2)

Ta có: tan = AB

f tan 0 = AB

OCC (góc trơng vật có giá trị lớn 0 ứng với vật đặt tại

điểm cực cận) Do G =

tanα tanαo =

OCC

f Người ta thường lấy khoảng cực cận OCC= 25cm Khi sản xuất kính lúp người ta thường ghi giá trị G (ứng với khoảng cực cận kính (5x, 8x, 10x, …)

Khi ngắm chừng vô cực, mắt điều tiết độ bội giác kính khơng phụ thuộc vào vị trí đặt mắt (so với kính)

+ Khi ngắm chừng cực cận: Gc = |k| = | d 'C

dC

|

3.6.1 Công dụng cấu tạo kính hiễn vi

+ Kính hiển vi dụng cụ quang học bỗ trợ cho mắt để nhìn vật nhỏ, cách tạo ảnh có góc trơng lớn Số bội giác kính hiển vi lớn nhiều so với số bội giác kính lúp

+ Kính hiển vi gồm vật kính thấu kính hội tụ có tiêu cự nhỏ (vài mm) thị kính thấu kính hội tụ có tiêu cự nhỏ (vài cm) Vật kính thị kính đặt đồng trục, khoảng

Hình 5.1

cách chúng O1O2 = l không đổi Khoảng cách F1’F2 =  (gọi độ dài quang học kính) (H.6.2)

Ngồi cịn có phận tụ sáng để chiếu sáng vật cần quan sát Đó thường gương cầu lỏm

3.6.2 Sự tạo ảnh kính hiễn vi

Sơ đồ tạo ảnh :

1

1 2

/ /

1 1 2

L L

ABd A Bd A B

d d

   

A1B1 ảnh thật lớn nhiều so với vật AB A2B2 ảnh ảo lớn nhiều so với ảnh trung gian A1B1 Mắt đặt sau thị kính để quan sát ảnh ảo A2B2

Điều chỉnh khoảng cách từ vật đến vật kính (d1) cho ảnh cuối (A2B2) giới hạn nhìn rỏ mắt góc trơng ảnh phải lớn suất phân li mắt Nếu ảnh sau A2B2 vật quan sát tạo vơ cực ta có ngắm chừng vơ cực

3.6.3 Số bội giác kính hiễn vi

+ Khi ngắm chừng cực cận:

/ / 2 . c d d G d d 

Hình 6.1: Kính hiển vi

Vật kính Thị kính F 1/ F F B/2 B 1/ A 1/ A B

+ Khi ngắm chừng vô cực:

1

tan A B

f   ; tan c AB OC    1 tan tan c OC A B G AB f      2 .OCc

G k G

f f



  

, với  = O1O2 – f1 – f2.(khoảng cách từ tiêu điểm ảnh vật

kính đến tiêu điểm vật thị kính gọi độ dài quanh học kính hiển vi)

Dựa vào cơng thức tính G, nhận thấy rằng, để tăng số bội giác

kính hiển vi lên cách giảm tiêu cự vật kính thị kính Nhưng khơng thể tăng lên nhiều lí khơng thoả mãn điều kiện tương điểm tiêu cự nhỏ kết thấu kính mỏng khơng cịn áp dụng cho kính hiển vi Kính hiển vi quang học dùng thực tế có số phóng đại cở vài trăm đến vài ngàn lần

3.7 Kính thiên văn Ga-li-lê (Galileo Galilei) người có ý tưởng dùng kính thiên văn Lip pơ-si (Hans Lippershey) Hà Lan phát minh năm 1608 vào việc quan sát bầu trời Chính ơng tự chế tạo kính

thiên văn có số bội giác khoảng 30 lưu giữ Viện bảo tàng Flo-răng-xơ

3.7.1 Công dụng cấu tạo kính thiên văn

+ Kính thiên văn dụng cụ quang bổ trợ cho mắt, có tác dụng tạo ảnh có góc trơng lớn vật xa

kính hội tụ có tiêu cự ngắn (vài cm); Vật kính thị kính đặt đồng trục, khoảng cách chúng thay đổi

3.7.2 Sự tạo ảnh kính thiên văn

+ Hướng trục kính thiên văn đến vật AB xa cần quan sát để thu ảnh thật A1B1 tiêu diện ảnh vật kính Sau thay đổi khoảng cách vật kính thị kính để ảnh cuối A2B2 qua thị kính ảnh ảo, nằm giới hạn nhìn rỏ mắt góc trông ảnh phải lớn suất phân li mắt

+ Mắt đặt sau thị kính để quan sát ảnh ảo

+ Để quan sát thời gian dài mà không bị mỏi mắt, ta phải đưa ảnh cuối vô cực: ngắm chừng vô cực

3.7.3 Số bội giác kính thiên văn

Khi ngắm chừng vơ cực (H.7.3): Ta có: tan0 = A1B1

f1

; tan = A1B1

f2 Do dó: G =

tanα tanα0

=f1 f2

Hình 7.2

O

O A B F1/,F

Hình 7.3

Số bội giác kính thiên văn điều kiện khơng phụ thuộc vị trí đặt mắt sau thị kính

Nghiên cứu áp dụng cho kính thiên văn khúc xạ (qua thấu kính) Chế tạo kính thiên văn khúc xạ lớn phức tạp khó khăn Việc chế tạo thấu kính có bề mặt lớn đòi hỏi chất liệu thuỷ tinh phải tinh khiết, làm nguội phải thật chậm cấu trúc học phải thật vững Dù vậy, theo thời gian, thấu kính làm vật kính bị biến dạng Vì lí mà sau kính thiên văn thuộc loại phản xạ Loại kính có nhiều ưu điểm khơng có

tượng quang sai; hình dạng bề mặt phản xạ điều chỉnh được; giá đỡ vững đỡ tồn mặt sau gương (trong kính thiên văn khúc xạ đỡ phần rìa thấu kính) Hình bên xin giới thiệu kính thiên văn phản xạ kiểu Newton (H.7.4) Từ năm 1990, kính thiên văn Hớp–bơn (Hubble) đưa lên quỹ đạo để thực nhiệm vụ Kính viễn vọng khơng gian Hubble NASA, mang tên nhà thiên văn học Mỹ Edwin Powell Hubble (1889-1953), đặt quỹ đạo cách Trái đất khoảng 610 km Đây kính viễn vọng phản xạ trang bị hệ thống máy tính gương thu ánh sáng có đường kính 240 cm

Thơng qua hệ thống máy tính, kính thiên văn cung cấp thông tin quan sát gửi trái đất Nhưng hàng năm phải có chuyến bay đưa đoàn chuyên gia thiết bị lên kính để thay thiết bị hư hỏng gắn thêm thiết bị Công việc thực nhờ tàu thoi từ năm 1990 đến có ba chuyến bay

loại Hiện nay, số phận kính bị hư hỏng giảm tuổi thọ cần thay

Để khắc phục hạn chế kính thiên văn Hơp – bơn, người ta có kế hoạch thay thế, đưa lên quỹ đạo kính thiên văn Giêm Oép (Jame Webb) JWST (Jame Webb Space Telescope) vào năm 2011 Kính có gương hội tụ ánh sáng với diện tích gấp lần diện tích kính Hơp – bơn Và JWST hoạt động quỹ đạo cách Trái Đất 1,5 triệu km không cần chuyến bay nâng cấp

C KẾT LUẬN

Phần “mắt dụng cụ quang ” nội dung quan trọng lý thú chương trình vật lý phổ thơng Việc nghiên cứu, sâu tìm hiểu sâu nội dung giúp cho hiểu biết cách cặn kẽ kiến thức môn học, tạo điều kiện thuận lợi để giảng dạy tốt môn vật lý nhà trường phổ thông Những kiến thức phần “mắt dụng cụ quang học” liên quan mật thiết đến thực tiễn sống, học tập, lĩnh hội tri thức cách tích cự giúp cho học sinh có cách nhìn nhận đắn tượng quang học xảy tự nhiên

MỤC LỤC

A MỞ ĐẦU

B NỘI DUNG

I Đặc điểm mục tiêu phần Quang hình học Vật lý 11 nâng cao

1.1 Đặc điểm phần học

1.2 Mục tiêu phần học

II Cấu trúc chương “ mắt dụng cụ quang ”

III Tìm hiểu nội dung kiến thức phần “mắt dụng cụ quang học”

3.1 Lăng kính

3.1.1 Định nghĩa

3.1.2 Đường tia sáng qua lăng kính

3.1.3 Các cơng thức lăng kính

3.2 Thấu kính

3.2.1 Định nghĩa thấu kính

3.2.3 Các yếu tố thấu kính

3.2.5 Đường tia sáng qua thấu kính ảnh vật tạo thấu kính 11

3.2.6 Các cơng thức thấu kính 12

3.2.7 Ứng dụng thấu kính 15

3.3 Mắt 15

3.3.1 Cấu tạo quang học mắt 15

3.3.2 Sự điều tiết mắt Điểm cực viễn Điểm cực cận 16

3.3.3 Góc trơng suất phân li mắt 17

3.3.4 Các tật mắt cách sửa 17

3.3.5 Sự lưu ảnh mắt 19

3.5 Kính lúp 19

3.5.1 Cấu tạo công dụng 19

3.5.2 Sự tạo ảnh kính lúp 19

3.5.3 Số bội giác kính lúp 20

3.6.1 Cơng dụng cấu tạo kính hiễn vi 20

3.6.2 Sự tạo ảnh kính hiễn vi 21

3.6.3 Số bội giác kính hiễn vi 21

3.7 Kính thiên văn 22

3.7.1 Cơng dụng cấu tạo kính thiên văn 22

3.7.2 Sự tạo ảnh kính thiên văn 22

3.7.3 Số bội giác kính thiên văn 23

C KẾT LUẬN 25

MỤC LỤC 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), sách giáo khoa vật lý 11 nâng cao, NXB Giáo dục Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), sách giáo viên Vật lý 11 nâng cao , NXB Giáo dục Lương Duyên Bình (tổng chu biên), sách giáo khoa vật lý 11, NXB Giáo dục

4 Lương Duyên Bình (tổng chu biên), sách giáo viên Vật lý 11 , NXB Giáo dục Bộ Giáo dục Đào tạo, Tài liệu bồi dưỡng giáo viên, Hà Nội, 2007

6 Bộ Giáo dục Đào tạo, Những vấn đề chung đổi giáo dục Trung học phổ thông, NXB Giáo dục