Phần Quang hình học có một vai trò quan trọng trong chương trình Vật lí phổ thông. Các ứng dụng của quang hình học gắn liền với cuộc sống, nhờ các nghiên cứu về quang hình học, người ta đã chế tạo ra được rất nhiều dụng cục quang cần thiết cho khoa học và đời sống.
Trong chương trình Vật lí phổ thông, phần “Quang hình học” thuộc phần 2 trong chương trình Vật lí lớp 11 THPT, gồm hai chương, cụ thể:
-Chương VI: Khúc xạ ánh sáng
-Chương VII: Mắt. Các dụng cụ quang học
Nhiệm vụ chủ yếu của Quang hình học là nghiên cứu sự truyền ánh sáng qua các môi trường trong suốt và nghiên cứu sự tạo ảnh bằng phương pháp hình học. Thông qua đó, cung cấp cho HS những kiến thức về các định luật cơ bản của quang hình để từ đó có thể giải thích sự tạo ảnh của các vật qua các môi trường truyền ánh sáng, qua lăng kính, thấu kính, … và vận dụng những kiến thức đó vào cuộc sống.
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc phần “Quang hình học” – Vật lí 11 Định luật Khúc xạ ánh sáng Phần Quang Hình Học Khúc xạ ánh sáng Phản xạ toàn phần Hiện tượng Khúc xạ ánh sáng Ứng dụng của Khúc xạ ánh sáng Sự nhìn của mắt Các dụng cụ bổ trợ cho mắt Mắt Thấu kính mỏng Lăng kính Kính lúp Ứng dụng của Thấu kính mỏng Kính hiển vi Kính thiên văn
Trên thực tế, hầu hết nội dung trong phần này các em đã được học ở lớp 9, cấp THCS dưới dạng tìm hiểu về mặt định tính. Trong chương trình quang hình học lớp 11, các em tiếp tục đi tìm hiểu những nội dung kiến thức đó một cách chuyên sâu hơn.
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng, ở lớp 9 các em đã tìm hiểu về khái niệm của hiện tượng khúc xạ, mối quan hệ giữa góc tới i và góc khúc xạ r về mặt định tính. Ở lớp 11, sự thay đổi của góc khúc xạ (r) phụ thuộc vào góc tới (i) tuân theo quy luật: sin 𝑖
sin 𝑟 =
ℎằ𝑛𝑔 𝑠ố. Tỉ số sin 𝑖
sin 𝑟 trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường (2) (môi trường chứa tia khúc xạ) đối với môi trường (1) (môi trường chứa tia tới):
sin 𝑖
sin 𝑟 = 𝑛21
Từ đây, đưa ra các kết luận khi 𝑛21 > 1 thì tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn (ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1)) và ngược lại. Đồng thời đưa ra khái niệm về chiết suất tuyệt đối của một môi trường.
Phản xạ toàn phần ở lớp 9 học sinh không được đưa vào bài dạy mà được đưa vào phần đọc thêm. Tuy nhiên, ở lớp 7, các em đã bước đầu được làm quen với hiện tượng phản xạ thông qua định luật phản xạ ánh sáng, biết được hiện tượng phản xạ ánh sáng qua gương phẳng, gương cầu lồi và cầu lõm. Đến lớp 11, hiện tượng phản xạ ánh được mở rộng hơn thông qua hiện tương phản xạ toàn phần. Thông qua các thí nghiệm khi chiếu ánh sáng từ một môi trường chiết quang vào môi trường chiết quang kém hơn (tức là chiếu ánh sáng từ môi trường có chiết suất lớn qua môi trường có chiết suất nhỏ) để hình thành lên khái niệm về hiện tượn phản xạ toàn phần, điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần, đồng thời giúp học sinh phân biệt được phản xạ thông thường và phản xạ toàn phần cũng như là các ứng dụng thực tế của phản xạ toàn phần trong cuộc sống.
Thấu kính mỏng, ở lớp 9 được phân thành hai bài riêng biệt. HS được tìm hiểu về khái niệm, các đặc điểm, cách dựng ảnh của một vật qua từng loại thấu kính. Tuy nhiên, để xác định độ lớn của vật - ảnh, khoảng cách từ vật (ảnh) tới tiêu cự thấu kính, HS phải dùng kiến thức về tam giác đồng dạng. Đến lớp 11, có những công thức định
lượng cụ thể hơn (công thức xác định vị trí ảnh – vật, công thức xác định độ phóng đại, khoảng cách vật - ảnh) và từ những hiểu biết về thấu kính, HS sẽ được tìm hiểu về các dụng cụ ứng dụng từ thấu kính.
Bài “Mắt”, HS đã được làm quen các kiến thức như cấu tạo của mắt gồm hai bộ phận quan trọng là thể thủy tinh và võng mạc, khái niệm sự điều tiết của mắt, điểm cực cận, điểm cực viễn, hai bệnh về mắt và cách khắc phục. Khi học ở chương trình lớp 11, HS sẽ tìm hiểu sâu hơn về cấu tạo của mắt, ngoài hai bộ phận chính đó, mắt còn có một số bộ phận khác như: giác mạc, thủy dịch, lòng đen, điểm vàng, điểm mù,… Ngoài ra HS còn được tìm hiểu về sự lưu ảnh của mắt, năng suất phân li của mắt, cách xác định tiêu cự, khoảng cực cận, cực viễn đối với mỗi loại tật của mắt.
Trong chương trình THCS, HS chỉ được tìm hiểu về cấu tạo, đặc điểm, công dụng, công thức tính số bội giác G của kính lúp. Ở THPT, HS sẽ được tìm hiểu thêm hai loại kính ứng dụng của thấu kính là kính hiển vi và kính thiên văn. HS cũng được tìm hiểu cấu tạo, đặc điểm, công dụng, cách ngắm chừng vật, công thức tinh số bội giác của kính thiên văn và hiển vi.
Nói tóm lại, ở cấp THCS, HS chỉ được tìm hiểu các kiến thức về quang hình học một cách cơ bản và định tính. Ở cấp THPT, HS được tìm hiểu các kiến thức chuyên sâu hơn, khảo sát cả về mặt định lượng.