2.2.1. Cấu trúc logic chương “Mắt. Các dụng cụ quang”
Hệ thống các nhóm kiến thức trong chƣơng rất rõ ràng và có liên quan chặt chẽ với nhau. Nhóm kiến thức về lăng kính đƣợc bổ trợ cho việc hình thành nhóm kiến thức về thấu kính, nhóm kiến thức về thấu kính lại đƣợc dùng để xây dựng nhóm kiến thức về mắt, các dụng cụ quang…
Kính hiển vi.
Kính thiên
văn.
- Nêu đƣợc số bội giác là gì.
- Viết đƣợc công thức tính số bội giác của kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn.
Cấu trúc nội dung và logíc kiến thức của chƣơng có thể biểu diễn nhƣ sau: Các dụng cụ quang bổ trợ cho mắt Kính hiển vi Cấu tạo và cách ngắmchừng Nguyên tắc cấu tạo
Số bội giác
Công dụng
Nguyên tắc cấu tạo Công dụng Cấu tạo
Công thức Ứng dụng Lăng
kính
Đƣờng đi của tia sáng qua LK
Lăng kính phản xạ toàn phần Cấu tạo Công thức Các khái niệm Mắt Thấu kính hội tụ Thấu kính phân kì Quang tâm Các tiêu điểm chính Tiêu diện, tiêu điểm phụ Tiêu cự Độ tụ 1 D f Cấu tạo Các tật của mắt Các khái niệm Kính lúp
Điểm cực cận, điểm cực viễn, góc trông vật, năng suất phân li Thấu kính mỏng Viễn thị Lão thị Cận thị Cắch khắc phục Đặc điểm Cách ngắm chừng Cấu tạo Số bội giác Công dụng Mắt. Các dụng cụ quang Cắch khắc phục Đặc điểm Cắch khắc pphucphục Đặc điểm Các dụng cụ quang bổ trợ cho
2.2.2. Nội dung của chương
2.2.2.1. Về cấu trúc
Kiến thức trong chƣơng “Mắt. Các dụng cụ quang học” là một phần kiến thức trong phần quang học của chƣơng trình vật lí phổ thông. Các nội dung kiến thức trong chƣơng không quá mới mẻ với HS. Trong phần quang học ở chƣơng trình vật lí lớp 9, HS đã đƣợc nghiên cứu những kiến thức cơ bản về thấu kính; về mắt, các tật của mắt và về kính lúp.
Về vị trí, chƣơng “Mắt. Các dụng cụ quang học” đƣợc bố trí ngay sau chƣơng “Khúc xạ ánh sáng”. Các kiến thức ở chƣơng “Khúc xạ ánh sáng” làm nền tảng cho việc nghiên cứu các nội dung của chƣơng “Mắt. Các dụng cụ quang học”. Đây là những điều kiện thuận lợi để GV đạt đƣợc mục tiêu và hiệu quả cao khi giảng dạy nội dung kiến thức chƣơng này.
Trong SGK Vật lí 11 nâng cao, chƣơng này gồm các bài sau: Bài 47. Lăng kính.
Bài 48. Thấu kính mỏng.
Bài 49. Bài tập về lăng kính và thấu kính mỏng. Bài 50. Mắt.
Bài 51. Các tật của mắt và cách khắc phục. Bài 52. Kính lúp.
Bài 53. Kính hiển vi. Bài 54. Kính thiên văn.
Bài 55. Bài tập về dụng cụ quang.
Bài 56. Thực hành xác định chiết suất của nƣớc và tiêu cự của thấu kính phân kì. Nội dung kiến thức cơ bản của chƣơng có thể chia làm bốn nhóm:
- Nhóm kiến thức về lăng kính. - Nhóm kiến thức về thấu kính mỏng.
- Nhóm kiến thức về mắt: bao gồm các khái niệm về mắt; các tật của mắt và cách khắc phục.
- Nhóm kiến thức về các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt: bao gồm các kiến thức về kính lúp; kính hiển vi; kính thiên văn.
Do chƣơng này là chƣơng thứ hai nằm trong phần hai - Quang hình học của chƣơng trình vật lí 11 nâng cao nên việc vận dụng kiến thức của các chƣơng trƣớc vào là không nhiều. Các kiến thức đƣợc sử dụng vào quá trình hình thành kiến thức trong chƣơng này bao gồm: kiến thức về hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng ở chƣơng trƣớc và các kiến thức về thấu kính, về mắt, về kính lúp ở chƣơng trình vật lí lớp 9. 2.2.2.2.Về nội dung (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a. Lăngkính
- Cấu tạo: Lăng kính là một khối trong suốt, đồng chất, giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song.
- Khi lăng kính đặt trong môi trƣờng không khí, tia sáng qua lăng kính luôn bị lệch về phía đáy của lăng kính.
- Các công thức của lăng kính: sini = nsinr sini/ = nsinr/ r + r/ = A D = i + i/ - A.
- Khi góc tới i của tia sáng thay đổi thì góc lệch D cũng thay đổi.
- Khi tia tới và tia ló đối xứng qua mặt phân giác góc ở đỉnh thì góc lệch D nhận giá trị cực tiểu Dm. Ta có: i = i/ = im =
2 A Dm
- Lăng kính phản xạ toàn phần thƣờng là lăng kính làm bằng thủy tinh mà tiết diện thẳng là tam giác vuông cân.
Ứng dụng: + Dùng trong kính tiềm vọng. + Ống nhòm.
b. Thấu kính mỏng
- Cấu tạo: Là một khối trong suốt, đƣợc giới hạn bởi hai mặt cầu, hoặc một mặt phẳng và một mặt cầu.
F làtiêu điểm vật chính Tiêu cự: | f| = OF = OF/ Qui ƣớc: f > 0 với thấu kính hội tụ f < 0 với thấu kính phân kì.
- Các tia đặc biệt:
+ Tia tới song song với trục chính, tia ló tƣơng ứng (hoặc đƣờng kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh chính F’
+ Tia tới qua quang tâm O thì đi thẳng
+ Tia tới ( hoặc đƣờng kéo dài ) qua tiêu điểm vật chính F, tia ló song song trục chính .
- Cách vẽ tia ló ứng với một tia tới bất kì: Tia tới bất kì song song với trục phụ, tia ló tƣơng ứng (hoặc đƣờng kéo dài) qua tiêu điểm ảnh phụ là giao điểm của trục phụ đó với mặt phẳng tiêu diện ảnh.
- Xác định ảnh bằng cách vẽ đƣờng đi của tia sáng:
Xét một vật nhỏ, phẳng AB đƣợc đặt vuông góc với trục chính. Giả sử A ở trên trục chính.
+ Bƣớc1: Xác định ảnh B’ của B bằng cách vẽ đƣờng đi của 2 tia trong các tia sáng đặc biệt. Ảnh B’ là giao điểm của các tia ló.
+ Bƣớc 2: Từ B’ hạ đƣờng thẳng góc xuống trục chính tại A’ thu đƣợc ảnh A’B’ của vật AB M O F/ F F/ F O F1/ O F/ F F1/ O F/ F O R1 F/ F F1/ F/ F O F1/ O F F/ F1 F F/ O F1
- Độ tụ: Độ tụ là đại lƣợng dùng để xác địng khả năng làm hội tụ chùm tia nhiều hay ít 2 1 0 1 1 1 1 R R n n f D Đơn vị : D: [dp] điôp; f: [m] R > 0 mặt lồi; R < 0: mặt lõm; R = mặt phẳng D > 0 : TKHT D < 0: TKPK (làm phân kì chùm tia) - Công thức TK:
• n : Chiết suất tỉ đối của chất làm thấu kính đối với môi trƣờng xung quanh
thấu kính. • d : Khoảng cách từ vật đến thấu kính (m) • d’ : Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính (m) Vật thật d > 0 ảnh thật d’ > 0; ảnh ảo d’ < 0 TKHT f > 0; TKPK f < 0 Số phóng đại k: c. Mắt - Cấu tạo:
+ Cấu tạo sinh học: Hình 50.1 SGK
+ Phƣơng diện quang hình học: có thể coi mắt hệ thống bao gồm các bộ phận cho ánh sáng truyền qua mắt tƣơng đƣơng với 1 thấu kính hội tụ
+ Tiêu cự của thấu kính có thể thay đổi đƣợc.
1 + =1 1 d' d f A'B' d' k = = - d AB
+ Màng lƣới đóng vai trò nhƣ 1 màn ảnh + Điểm vàng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Điểm mù
- Sự điều tiết: Sự thay đổi độ cong của thuỷ tinh thể (dẫn đến sự thay đổi tiêu cự của thấu kính mắt) để giữ cho ảnh của vật khi quan sát hiện lên màng lƣới mắt.
- Điểm cực viễn: Là điểm xa nhất trên trục chính của mắt mà vật đặt tại đó thì ảnh của vật sẽ nằm trên màng lƣới (võng mạc) khi không điều tiết: fMAX = OV
- Điểm cực cận: Là điểm gần nhất trên trục chính của mắt mà vật đặt tại đó thì ảnh của vật sẽ nằm trên võng mạc khi điều tiết cực đại.
- Góc trông vật : Góc trông đoạn AB ┴ trục chính của mắt là góc tạo bởi 2 tia sáng xuất phát từ 2 điểm A và B tới mắt:
Tan α =
l AB
- Năng suất phân ly của mắt: Là góc trông nhỏ nhất khi nhìn đoạn AB mà mắt còn có thể phân biệt đƣợc 2 điểm A, B.
- Sự lƣu ảnh trên võng mạc: Hiện tƣợng xẩy ra sau khi ánh sáng kích thích trên võng mạc tắt,ảnh hƣởng của nó vẫn kéo dài khoảng 0,1s.
Ứng dụng: Dùng trong kĩ thuật điện ảnh.
d. Các tật của mắt
- Cận thị:
* Đặc điểm của mắt cận
Là mắt nhìn xa kém hơn mắt thƣờng, khoảng cực viễn(OCV) ≤ 2m , khoảng cực
cận (OCC) < 25cm, khi không điều tiết f < OV * Cách khắc phục tật cận thị
+ Phẫu thuật làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc + Đeo thấu kính phân kỳ có độ tụ thích hợp trƣớc mắt:
ảnh của một vật ở vô cùng hiện lên trong khoảng nhìn rõ của mắt ( tại CV để mắt
nhìn rõ vật mà không phải điều tiết) Chọn kính: fK = - OCV
Điểm nhìn rõ gần nhất sẽ xa hơn điểm CC khi không đeo kính. - Viễn thị :
* Đặc điểm của mắt viễn: Là mắt nhìn gần kém hơn mắt thƣờng và không nhìn rõ các vật ở xa, khoảng cực cận (CC) > 25cm, khi không điều tiết f > OV, khi nhìn vật ở ∞ mắt phải điều tiết.
* Cách khắc phục tật viễn thị Hiện nay có 2 cách:
+ Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc; + Dùng thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp đeo trƣớc mắt:
Chọn kính: Sao cho ảnh của vật qua kính nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt (cụ thể: vật ở gần cho ảnh ở CC, vật ở vô cực cho ảnh nằm ở CV của mắt ) mắt sẽ nhìn thấy vật ở vô cực cũng đỡ phải điều tiết hơn (mắt gần nhƣ mắt thƣờng).
- Lão thị :
* Đặc điểm của mắt lão
+ Là tật của ngƣời lớn tuổi (không có tật về mắt), khoảng cực cận (CC) > 25cm (do khả năng điều tiết giảm), nhìn đƣợc các vật ở ∞ mà không phải điều tiết, mắt nhìn gần kém hơn so với mắt thƣờng.
* Cách khắc phục tật lão thị
+ Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi bề mặt giác mạc.
+ Dùng 1 thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp đeo trƣớc mắt (hay gần sát giác mạc).
e. Kính lúp: là một thấu kính hội tụ (hoặc một hệ thống tƣơng đƣơng với một thấu kính hội tụ) tiêu cự ngắn, nó có tác dụng tăng góc trông bằng cách tạo ra ảnh ảo lớn hơn vật trong khoảng nhìn rõ của mắt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Đặt vật AB trong khoảng từ tiêu điểm đến quang tâm của kính lúp. Ảnh A’B’ qua kính lớn hơn vật, cùng chiếu với vật. Mắt nhìn ảnh ảo đó qua kính. Lựa vị trí kính lúp sao cho ảnh A’B’ nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt, tức là từ điểm cực cận đến điểm cực viễn của mắt (Hình 2.1). Đó là sự ngắm chừng.
- Số bội giác của kính lúp: G =
0
(: góc trông ảnh qua dụng cụ quang, 0: góc trông trực tiếp vật khi đặt vật ở Cc ).
G = k.
l d'
§
(k: số phóng đại cho bởi kính lúp.
Đ = OCc là khoảng cực cận của mắt. d' : là khoảng cách từ ảnh A'B' đến kính.) - Khi ngắm chừng ở cực cận : Gc = k. f a o b b' a' (Hình 2.1)
- Khi ngắm chừng ở vô cực - ảnh A’B’ ở vô cực: G =
f §
(Đ: khoảng nhìn rõ ngắn nhất - là khoảng cực cận của mắt: Đ = OCc
f: tiêu cự của kính)
f. Kính hiển vi: dùng để quan sát các vật rất nhỏ, ở gần:
Kính hiển vi gồm hai bộ phận chính: Vật kính O1 và thị kính O2 đặt cách nhau một khoảng l = O1 O2 không đổi.
Vật kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự rất ngắn, khoảng vài milimét, dùng để tạo ra một ảnh thật, lớn hơn vật và ngƣợc chiều với vật. Thị kính là một
thấu kính hội tụ có tiêu cự vài centimet, đƣợc dùng nhƣ một kính lúp để quan sát ảnh thật nêu trên.
Sơ đồ tạo ảnh :
ABO1 A1B1O2 A2B2
Vật nhỏ AB đặt trƣớc và gần tiêu điểm F1 của vật kính. Ảnh A1B1 của AB qua vật kính O1 là ảnh thật, ngƣợc chiều với AB. Đặt mắt sau thị kính O2 ta sẽ trông thấy ảnh ảo A2B2 của A1B1 dƣới góc trông lớn hơn rất nhiều so với 0 - góc nhìn vật khi không có kính.
Điều chỉnh khoảng cách vật AB đến vật kính sao cho ảnh A2B2 trong giới hạn nhìn rõ của mắt. Khi ngắm chừng ở vô cực (ảnh A2B2 ở vô cực), Số bội giác của kính hiển vi: G = k1G2 = 2 1f f §
: Độ dài quang học của kính hiển vi, là khoảng cách từ tiêu điểm ảnh của vật kính đến tiêu điểm vật của thị kính, = F1
'
F2.
Các giá trị k1, G2 đƣợc ghi trên vành đỡ của vật kính và thị kính. Ví dụ : x50, x100 có nghĩa là k1 = 50; G2 = 100 .
Kính hiển vi quang học có số bội giác lớn nhất vào khoảng 2000.
Ngoài hai bộ phận chính đó, còn có các bộ phận khác nhƣ bộ phận tụ sáng (là gƣơng phẳng hoặc lõm), tiêu bản (trong suốt) để đặt vật cần quan sát, vòng đỡ các vật kính, vít điều chỉnh ...
Từ năm 1930, ngƣời ta đã chế tạo ra kính hiển vi điện tử. Trong dụng cụ này, ngƣời ta dùng các chùm tia điện tử để “chiếu sáng” vật quan sát. Số bội giác của kính hiển vi điện tử có thể tới 1 triệu.
Dùng kính hiển vi điện tử tức là thay ánh sáng khả kiến bằng chùm electron có bƣớc sóng ngắn sẽ quan sát đƣợc các vật cỡ 10- 8 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
g. Kính thiên văn: dùng để quan sát các vật ở xa.
Một kính thiên văn khúc xạ đơn giản gồm 2 thấu kính hội tụ: Vật kính O1
tiêu cự dài, thị kính O2 tiêu cự ngắn (vai trò nhƣ 1 kính lúp). Khoảng cách giữa vật kính và thị kính có thể thay đổi đƣợc bằng cách dịch chuyển thị kính.
Sự tạo ảnh qua kính thiên văn. Sơ đồ tạo ảnh :
ABO1 A1B1O2 A2B2
Vật AB ở xa vô cực, qua vật kính O1 cho ảnh A1B1 thật, ngƣợc chiều tại tiêu diện của vật kính. Thị kính O2 cho ảnh A2B2 đƣợc phóng đại lên nhiều lần. Dịch chuyển thị kính để ảnh A2B2 nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt. Khi ngắm chừng ở vô cực, tiêu điểm F2 của thị kính trùng với tiêu điểm F1
'
của vật kính.
Số bội giác của kính thiên văn trong trƣờng hợp ngắm chừng ở vô cực:
2 1 f f G