1. Bài tập 1: Ghép thấu kính - thấu kính:
Hai TKHT O1 và O2 có tiêu cự f1 = 5cm, f2 =10cm đặt cách nhau một khoảng a sao cho trục chính trùng nhau Đặt vật AB cách O1 6cm.
a. Để hệ hai thấu kính cho ảnh thật của AB thì khoảng cách giữa hai thấu kính là bao nhiêu?
b. Để hệ hai thấu kinh cho ảnh ảo của AB thì khoảng cách giữa hai thấu kính là bao nhiêu?
c. Để ảnh cuối cùng của AB qua hệ hai thấu kính ở vô cùng, Tính khoảng cách giữa hai thấu kính?
Trong mỗi trường hợp đều vẽ hình (chỉ giới hạn bài toán trong trường hợp ảnh của AB qua TKHT O1 là ảnh thật).
HƯỚNG DẪN
Sơ đồ ảnh của vật AB qua hệ hai thấu kính O1 và O2 AB O1 A1B1 O2 A2B2
d1 d1’d2 d2’
a. Để ảnh của AB qua hệ hai thấu kính O1 và O2
𝑑1′ =𝑑𝑑1𝑓1 1− 𝑓1 =
6.5
6−5 = 30𝑐𝑚
87 b. Để hệ hai thấu kính cho ảnh ảo
𝑑1′ =𝑑𝑑1𝑓1 1− 𝑓1 = 6.5 6−5 = 30𝑐𝑚 d2 = a - d1’ < f2 ⟹ a < f2 + d1’ Vậy a < 10 + 30 = 40cm c. Muốn ảnh của AB ở vô cùng Thì d2 = f2 mà d2 = a - d1’ = a - 30 ⟹ a = 30+ 10 = 40cm
Vì chùm tia ló là chùm tia song song, nên nhìn ảnh qua hệ không phụ thuộc vào vị trí đặt mắt
88
2. Bài tập 2: Ghép thấu kính - Gương cầu
Một hệ gồm 1 TKHT có tiêu cự f1 = 5cm, đặt cùng trục chính và trước gương cầu lỡm có bán kính R = 20cm, mặt phản xạ của gương quay về hướng thấu kính, khoảng cách giữa gương và thấu kính là a. Vật AB cách gương cầu 12cm. Xác định a để:
a/ Ảnh cuối cùng qua quang hệ là ảnh thật b/ Ảnh cuối cùng qua quang hệ là ảnh ảo c/ Ảnh cuối cùng qua quang hệ ở vô cùng
Trong mỗi trường hợp đều vẽ hình và chỉ xét ảnh trung gian A1B1 là ảnh thật ?
Hướng dẫn:
Sơ đồ ảnh: Trường hợp 1 ánh sáng từ AB đến thấu kính trước
AB TK A’B’
d d’
Trường hợp 2 ánh sáng từ AB đến gương cầu trước
AB GV A1B1 TK A2B2
d1 d1’d2 d2’
Trường hợp 1: Giống như giải bài toán đơn giản ảnh của vật AB qua TKHT
a. d > 5cm b. d < 5cm c. d = 5cm Trường hợp 2:
a. Ảnh cuối cùng qua quang hệ là ảnh thật Vị trí ảnh A1B1 so với gương cầu:
𝑑1′ =𝑑𝑑1𝑓2 1− 𝑓2 =
12.10
12−10 = 60𝑐𝑚
89 Muốn ảnh cuối cùng A2B2 là ảnh thật thì: d2 > f1 → a - 60 > 5cm → a > 65cm
b. Muốn ảnh cuối cùng qua hệ là ảnh ảo d2 < f1 → a - 60 < 5cm → a < 65cm
90 c. Để ảnh cuối cùng ở vô cùng
d2 = f1 → a - 60 = 5cm → a = 65cm
II. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU:
Ngoài kiến thức trọng tâm nêu ở phần 2.2.2. HS cần phải biết:
- Dựa trên cơ sở bài tập đã chuẩn bị trước ở nhà (về mặt lý thuyết) và phần kiến thức về kính lúp, thiếp lập mô hình để làm tăng góc trông ảnh.
- Rèn luyện thao tác tư duy phân tích và kiểm tra mô hình bằng phương pháp thực nghiệm.
- Rèn luyện thao tác thực hành (sử dụng kính hiển vi) tự lắp ráp kính thiên văn.
III. PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC:
Từ bài học trước học sinh đã biết. Khi muốn quan sát chi tiết những vật nhỏ ta cần phải dùng dụng cụ quang học để làm tăng góc trông ảnh của vật, cụ thể là thấu kính hội tụ có tiêu cự từ 1cm - 5cm. Gọi là kính lúp.
Nhưng độ bội giác của kính lúp (G = D/f ) thông thường không quá 25 Vì vậy, khi cần quan sát những vật rất nhỏ (ví dụ: Các tế bào vi trùng…) thì kính lúp không đáp ứng được yêu cầu đó. Như vậy để quan sát những vật rất nhỏ, nhỏ hơn các vật mà kính lúp quan sát được nghĩa là cần phải tăng góc trông của dụng cụ quang học lên hàng trăm thậm chí hàng ngàn lần thì phải làm như thế nào?
91
Qua những bài tập ở chương trước, ghép thấu kính - thấu kính, ghép thấu kính - gương cầu (tính chất cho ảnh của 1 vật qua thấu kính, qua gương cầu) Kết hợp với các bài tập có sẵn trong sách giáo khoa (vẽ ảnh qua gương cầu hay thấu kính với khoảng cách d > 2f, d = 2f; f < d <2f; d = f; d < f bài 7 trang 121 SGK). Học sinh nhận thấy rằng vật AB nằm ở vị trí nào thì ảnh qua thấu kính hay gương cầu lớn hơn vật, với những kiến thức trên người giáo viên yêu cầu học sinh tự lực, tích cực tham gia bài học một cách chủ động, tạo cho các em hưng phấn trong học tập.
Yêu cầu đặt ra cho HS, muốn tăng góc trông ảnh của một vật qua dụng cụ quang học hay tăng độ bội giác của dụng cụ quang học lớn hơn kính lúp, cùng với kính lúp cần phải thêm một phần tử quang học nào để đạt được yêu cầu ?
Theo bài học trước chúng ta đã phân tích nếu phần tử quang học được dùng kết hợp với kính lúp là dụng cụ phản xạ ánh sáng như gương cầu để quan sát các vật nhỏ đều vi phạm đều kiện tương điểm (vì vật cần phải được chiếu sáng) và chúng ta cũng chú ý rằng ở bài tập số 2 trường hợp 2 là bài tập chỉ được tính toán trong lý thuyết, nhưng thực tế không thể thực hiện được.
Như vậy theo trình tự lôgic học sinh sẽ nhận xét phần tử kết hợp với kính lúp phải là dụng cụ cho ánh sáng truyền qua cụ thể là TKHT trong việc quan sát các vật nhỏ.
Nhưng trong phần kính thiên văn giáo viên lại đặt ra yêu cầu khác, trên cơ sở hiểu biết về kính hiển vi, HS hiểu ngay phần tử quang học được kết hợp với kính lúp để trông ảnh của những vật ở rất xa, đó là TKHT có tiêu cự dài, vì lý do thời gian không cho phép giáo viên mở rộng bài kính thiên văn hơn nữa, nên chúng tôi trình bày những kiến thức ngoài sách giáo khoa bằng những bài đọc thêm hay trong chương trình ngoại khoá.
Vì vậy, chúng tôi thiết kế bài học này bằng phương pháp thực nghiệm kết hợp với phương pháp mô hình, cho học sinh tự làm thí nghiệm và chọn dụng cụ để kết hợp với kính lúp như đã trình bày. Sau khi xong phần thực nghiệm GV
92
hoàn thiện kiến thức, kiểm chứng bằng dụng cụ quang học thực (kính hiển vi) và hướng dẫn học sinh cách sử dụng
Ý đồ soạn thảo của chúng tôi như vậy, không ngoài mục đích phát triển tư duy cho học sinh, các em tham gia bài học một cách hào hứng, nhưng không quá sức đối với các em. Mặt khác vẫn phải đảm bảo đầy đủ nội dung của sách giáo khoa, đi đúng trọng tâm của bài học và đáp ứng được yêu cầu cho các kỳ thi tốt nghiệp THPT và Đại học.
IV. CHUẨN BỊ CHO BÀI HỌC:
Phần chuẩn bị của giáo viên
6 TKHT có tiêu cự f = 10cm 6 TKHT --- f = 5cm 6 TKHT --- f = 30cm 6 Kính hiển vi học sinh Bóng đèn 12V, acquy 12V
Đầy đủ dụng cụ được trình bày trong hình vẽ làm thí nghiệm
Phần chuẩn bị của học sinh: Xem lại các bài tập ghép thấu kính - thấu kính; thấu kính - gương cầu, vẽ được các mô hình cho ảnh của các bài tập trên.
V. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY:
A.CÂU HỎI ÔN TẬP:
+ Kính lúp là gì ? Nêu cấu tạo, tính độ bội giác khi ngắm chừng ở vô cùng?
+ Sự tương tự cho ảnh của một vật qua gương lõm và thấu kính hội tụ, Tại sao trong việc quan sất rõ chi tiết các vật nhỏ người ta không dùng gương cầu lõm mà dùng thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (kính lúp)?
HS A: Kính lúp là dụng cụ hổ trợ cho mắt trong việc quan sát các vật nhỏ. Nó có tác dụng làm tăng góc trông ảnh bằng cách tạo ra một ảnh ảo lớn hơn vật và nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt.
93
Độ bội giác khi ngắm chừng ở vô cực G = D/f HS B: Không dùng gươug cầu lõm làm kính lúp vì:
Gương cầu lõm là dụng cụ có tác dụng phản xạ ánh sáng, muốn tạo được một ảnh của một vật nhỏ, vật cần phải được chiếu sáng, vì vật nhỏ nên vi phạm điều kiện tương điểm ảnh cho được qua gương không rõ nét.
B. NỘI DUNG:
1. KÍNH HIỂN VI:
a. CẤU TẠO:
GV đặt vấn đề: Như chúng ta đã biết khi cần quan sát rõ các chi tiết của các vật nhỏ người ta dùng kính lúp. Nhưng độ bội giác kính lúp có hạn không quá 25. Khi cần quan sát những vật nhỏ hơn (chẳng hạn như vi trùng, tế bào...) thì kính lúp không đáp ứng được.
Như vậy ta cần phải có một dụng cụ quang học khác mà có thể làm tăng góc trông lên hàng trăm lần hay nói cách khác phải có một dụng cụ quang học để có thể quan sát ảnh ảo của một vật lớn hơn hàng trăm lần thậm chí hàng ngàn lần, tức là độ bội giác rất lớn. Dụng cụ đó là kính hiển vi
GV đưa ra định nghĩa kính hiển vi: Kính hiển vi là dụng cụ quang học hỗ
trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của những vật rất nhỏ với độ bội giác lớn
hơn nhiều so với độ bội giác của kính lúp
GV đặt vấn đề tiếp: Những dụng cụ quang học mà các em đã biết (TKHT, TKPK, Gương cầu) kết hợp cùng kính lúp. Hãy thiết kế mô hình một kính hiển vi.
HS: lúng túng, bàn tán sôi nổi.
GV gợi ý: Chúng ta hãy phân tích các mô hình như sau:
a. TKPK - Kính lúp
b. Gương cầu lồi - kính lúp c. Gương cầu lõm - kính lúp d. TKHT - kính lúp
94
GV phát phiếu cho học sinh chọn mô hình và phân tích: HS vẽ các mô hình và phân tích:
TKPK - Kính lúp : Vật AB qua TKPK cho ảnh ảo nhỏ hơn vật, không có tác dụng làm tăng góc trông.
Gương cầu lồi - kính lúp: Tương tự như mô hình TKPK - kính lúp.
Gương cầu lõm - Kính lúp: Theo bài tập số 2 rất hợp lý trên phương diện tính toán, nhưng vì quan sát các vật nhỏ nên cần phải tăng cường ánh sáng chiếu vào vật, vì vậy vi phạm điều kiện tương điểm cho ảnh không rõ nét
Cuối cùng HS chọn mô hình TKHT - kính lúp mô hình này đáp ứng được với yêu cần đặt ra
GV: Như vậy ta thấy mô hình TKHT - Kính lúp là hợp lý, như vậy sơ đồ ảnh qua quang hệ này như thế nào?
Học sinh: AB THKT A1B1 k lúp A2B2
d1 d1’d2 d2’
Giáo viên: A1B1, A2B2 là ảnh gì tương ứng với các trường hợp nào dưới đây:
+a. A1B1 là ảnh ảo, A2B2 là ảnh ảo. +b. A1B1 là ảnh thật, A2B2 là ảnh thật. +c. A1B1 là ảnh ảo, A2B2 là ảnh thật. +d. A1B1 là ảnh thật, A2B2 là ảnh ảo.
95 HS nhận xét:
Trường hợp a: Kính lúp phải có tiêu cự lớn, cho nên độ bội giác không được lớn.
96
Trường hợp b: Phải dùng màn hứng ảnh A2B2 màn ở xa kính lúp, rườm rà không thực tế.
Trường hợp c: f2 < d2 < 2f2 . Kính lúp phải có tiêu cự dài vì vậy độ bội giác nhỏ.
Trường hợp d: Trường hợp này đáp ứng được yêu cầu chúng ta đặt ra. GV: O2 là kính lúp chúng ta đã khảo sát, như vậy ảnh thật A1B1 so với AB như thế nào? A1B1 nằm ở vị trí nào so với kính lúp?
HS: A1B1 phải lớn hơn AB và nằm trong khoảng từ tiêu điểm vật đến quang tâm của kính lúp.
GV: Đúng, A1B1 lớn hơn AB càng nhiều càng tốt, vậy AB phải ở vị trí nào của TKHT (O1) và tiêu cự của O1 phải như thế nào?
HS: f1 < d1 < 2f1 Ta có: 1
𝑓1 = 𝑑1
1 +𝑑1
1`; 𝑘 =�𝑑𝑑`�= �𝑑`𝑓−𝑓�
Vậy muốn có độ phóng đại k càng lớn thì tiêu cự f1 của O1 càng phải ngắn GV: Đúng, tiêu cự của O1 phải rất ngắn.
Kết luận: Cấu tạo của kính hiển vi gồm 2 bộ phận chính: Vật kính
L1(O1) và thị kính L2(O2).
+ Vật kính là một TKHT có tiêu cự rất ngắn, tác dụng là tạo ảnh thật lớn
hơn vật.
+ Thị kính là một TKHT có tiêu cự ngắn, đóng vai trò như kính lúp.
Hai thấu kính L1 và L2 cùng trục chính đặt cách nhau một khoảng
O1O2 thích hợp.
GC hướng dẫn học sinh tiến hành làm thí nghiệm. Chọn L1: TKHT có f1 = 5cm, L2: TKHT có f2 = 10cm
97
Các dụng cụ thí nghiệm khe, vật sáng, thấu kính, màn đều được đặt trên giá dễ dàng di chuyển để thay đổi khoảng cách d1, d1’, d2, d2’
AB có hình dạng chữ L hoặc số 1
Sau khi thí nghiệm xong GV cho học sinh nhận xét:
HS: So sánh với vật, ảnh A2B2 ngược chiều nên rất khó quan sát
GV: Ở thí nghiệm vật AB được gắn chặt trên giá, nhưng trong thực tế muốn quan sát vật AB được dễ dàng ta chỉ cần xoay vật sao cho thích hợp với việc quan sát.
GV cho HS quan sát kính hiển vi thật
Hướng dẫn HS sử dụng kính hiển vi chú ý: Sau khi đặt mắt sau thị kính, chỉ được phép vặn ống kính đi lên, để tránh tình trạng vật kính chạm vào làm vỡ tiêu bản.
GV giới thiệu thêm về bộ phân tụ sáng: Bộ phận tụ sáng có nhiệm vụ hội tụ ánh sáng vào vật cần quan sát và cùng vật kính qui định năng suất phân ly của kính
b. CÁCH NGẮM CHỪNG – ĐỘ BỘI GIÁC: GV trình bày sơ đồ kính hiển vi (trường hợp d)
Thông báo cho học sinh khoảng cách giữa tiêu điểm ảnh của vật kính và tiêu điểm vật của thị kính 𝛿 = F1'F2 . Gọi là độ dài quang học.
GV đặt tiếp vấn đề: Tương tự như kính lúp, đối với kính hiển vi thế nào là ngắm chừng ở vô cực?
98
HS: Ngắm chừng ở vô cực là điều chỉnh vị trí của vật sao cho ảnh cuối cùng A2B2 ở vô cùng.
GV: Muốn vậy thì ảnh A1B1 phải ở vị trí nào của thị kính?
HS: A1B1 Phải nằm ngay tiêu điểm vật của thị kính
GV cho HS lên bảng vẽ trường hợp trên và hiệu chỉnh, sau khi hiệu chỉnh như hình vẽ GV thông báo rằng: Đối với kính hiển vi khoảng cách O1O2 không thay đổi nên F1F2 cũng không thay đổi, sau dó hướng dẫn học sinh xác định góc 𝛼. Cũng như kính lúp độ bội giác của kính hiển vi được tính bởi biểu thức.
𝐺 = tantan𝛼𝛼
0 = 𝑓𝛿𝐷 1𝑓2
GV cho HS tham khảo SGK và củng cố trong tiết bài tập, và chỉ công nhận kết quả.
Và thông báo thông thường D = 25cm, 𝛿 = 18cm, f1f2 vài cm do đó độ bội giác của kính hiển vi thông thường không vượt quá 1500 đến 2000 lần.
2. KÍNH THIÊN VĂN:
a. CẤU TẠO:
GV đặt vấn đề: Những vật ở rất xa, mặc dù có kích thước rất lớn, nhưng góc trông 𝛼 rất nhỏ (ví dụ: như các thiên thể...) khiến ta không phân biệt được các chi tiết nhỏ của vật. Như vậy phải dùng dụng cụ như thế nào để làm tăng góc trông?
99
HS thảo luận và tham gia ý kiến: HS cho rất nhiều ý kiến khác nhau, nhưng đa số vì đã hiểu biết kính hiển vi nên các em lập luận như sau:
Vật ở rất xa nên chùm tia tới là chùm tia song song cho ảnh thật hiện trên