Giáo án Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 2: Mắt và các dụng cụ quang học - Đinh Thị Hồng Nga

Chủ đề 2: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
Họ và tên: Đinh Thị Hồng Nga
Lăng kính:
Lăng kính là gì?
Lăng kính là một khối chất trong suốt, đồng chất ( thủy tinh, nhựa ), thường có dạng hình lăng trụ tam giác.
Cấu tạo và các đặc trưng quang học:
Cấu tạo: cạnh, đáy, hai mặt bên.
Đặc trưng quang học: góc chiết quang A, chiết suất n.
Đường đi của tia sáng đơn sắc qua lăng kính:
Gọi n là chiết suất tỉ khối của lăng kính với môi trường chứa nó: n = nlăng kính / nmôi trường .
Chiều lệch của tia sáng :
+) n > 1 : lệch về phía đáy lăng kính.
+) n < 1 : lệch về phía đỉnh lăng kính.
 Xét trường hợp thường gặp n > 1:
Tia sáng ló JR qua lăng kính bị lệch về phía đáy của lăng kính so với phương của tia sáng tới.
Vẽ đường đi của tia sáng đơn sắc qua lăng kính:
Khi tia sáng vuông góc với mặt lăng kính sẽ đi thẳng.
Nếu r2 < igh : tia sáng khúc xạ ra ngoài, với góc ló i2 (sin i2 = n sini2).
Nếu r2 = igh => i2 = 90° : tia ló đi sát mặt bên thứ 2 của lăng kính.
Nếu r2 > igh : tia sáng sẽ phản xạ toàn phần tại mặt bên này.
Công thức của lăng kính:
Sin i1 = nSin r1; A = r1 + r2
Sin i2 = nSin i2; D = i1 + i2 – A
Trong đó:
A: là góc chiết quang.
n: chiết suất.
D: góc lệch.
SI: tia tới mặt lăng kính
IR: tia đi ra khỏi lăng kính gọi là tia ló.
I1 : góc tới.
I2: góc ló.
Tác dụng của lăng kính đối với sự truyền ánh sáng qua nó:
Ánh sáng đơn sắc:
Ánh sáng đơn sắc qua lăng kính sẽ bị khúc xạ.
Ánh sáng trăng:
Ánh sáng trăng gồm nhiều ánh sáng màu và lăng kính có tác dụng phân tích chùm sáng truyền qua nó thành nhiều chùm sáng khác nhau.
Tác dụng của lăng kính:
Thông qua việc xác định góc lệch cực tiểu và góc chiết quang của lăng kính bạn có thể tính được chiết suất của lăng kính => ứng dụng đo chiết suất của chất rắn, chất lỏng bằng giác kế.
Ánh sáng dùng trong phòng thí nghiệm là ánh sáng đơn giản trường hợp ánh sáng tới từ nguồn sáng phức tạp thì tia đó sẽ bị tách ra thành nhiều thành phần ánh sáng có màu sắc khác nhau.
Thấu kính mỏng:
Thấu kính mỏng là gì? Phân loại? Tính chất quang học của quang tâm, tiêu điểm ảnh, tiêu điểm vật?
Thấu kính là một khối chất trong suốt giới hạn bởi 2 mặt cong hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng.
Phân loại: thấu kính dày (thấu kính rìa mỏng), thấu kính lõm (thấu kính rìa dày).
Tính chất quang học của quang tâm: thấu kính mỏng có bề dày chính giữa rất nhỏ so với bán kính mặt cầu.
O gọi là quang tâm của thấu kính.
Đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với mặt thấu kính là trục chính của thấu kính.
Mọi đường thẳng khác đi qua quang tâm O là trục phụ.
Mọi tia tới quang tâm của thấu kính đều truyền thẳng.
 Tiêu điểm ảnh:
Trên mỗi trục có một tiêu điểm ảnh:
Tiêu điểm ảnh chính được ký hiệu F’
Tiêu điểm ảnh phụ được ký hiệu F’n
Các tiêu điểm ảnh của thấu kính hội tụ đều hứng được trên màn. Đó là tiêu điểm ảnh thật.
Tiêu điểm vật:
Trên mỗi trục của thấu kính hội tụ còn có một điểm mà chùm tia tới xuất phát từ đó sẽ cho chùm tia ló song song. Đó là tiêu điểm vật của thấu kính.
Tiêu điểm vật chính ký hiệu F.
Tiêu điểm vật phụ được ký hiệu là Fn (n = 1,2,3, ).
Công thức của thấu kính:
Công thức liên hệ giữa vị trí vật, vị trí ảnh và tiêu cự của thấu kính:
1/f = 1/d + 1/d’
Qui ước dấu:
Thấu kính hội tụ: f > 0.
Thấu kính phân kỳ: f < 0.
Ảnh có thật: d’ > 0.
Ảnh là ảo: d’ < 0.
Vật là thật: d > 0.
Công thức số phóng đại của thấu kính
/k/ = A’B’ / AB
k = -d’/d = f / f-d
Qui ước dấu:
k > 0 : ảnh và vật cùng chiều
k < 0 : ảnh và vật ngược chiều
Công thức tính độ tụ của thấu kính:
D = 1/f = (n-1)(1/R1 + 1/R2)
Trong đó:
n: chiết suất của chất làm thấu kính.
R1, R2: bán kính của mặt cong.
D : độ tụ của thấu kính.
f : tiêu cự của thấu kính.
Các công dụng của thấu kính:
Thấu kính hội tụ
Thấu kính phân kì
Thay đổi chùm tia song song thành chùm hội tụ.
Dùng làm vật kính ở máy ảnh.
Dùng làm kính lúp.
Dùng làm kính chữa tật viễn thị, lão thị
Thay đổi chùm tia song song thành chùm phân kì.
Dùng làm kính chữa tật viễn thị
Sử dụng ở lỗ nhìn trên cánh cửa ra vào nhà.
Link: 
Mắt:
Cấu tạo của mắt về phương diện quang học:
Gồm có màng giác, thủy dịch, lòng đen, thể thủy tinh, dịch thủy tinh, màng lưới.
Sự điều tiết của mắt, điểm cực viễn, điểm cực cận:
Sự điều tiết:
Điều tiết là hoạt động của mắt làm thay đổi tiêu cự của mắt để cho ảnh của các vật ở cách mắt những khoảng khác nhau vẫn được tạo ra ở màng lưới.
Việc này được thực hiện nhờ các cơ vòng của mắt. Khi bóp lại, các cơ này làm thể thủy tinh phồng lên, giảm bán kính cong, do đó tiêu cự của mắt giảm.
Khi mắt ở trạng thái không điều tiết, tiêu cự của mắt lớn nhất.
Khi các cơ mắt bóp tối đa, mắt ở trạng thái điều tiết tối đa và tiêu cự của mắt nhỏ nhất.
Điểm cực viễn, điểm cực cận:
- Khi mắt không điều tiết, điểm trên trục của mắt mà ảnh được tạo ra ngay tại màng lưới gọi là điểm cực viễn Cv (hay viễn điểm) của mắt. Đó cũng là điểm xa nhất mà mắt có thể nhìn rõ. Đối với mắt không có tật, điểm cực viễn ở xa vô cùng (vô cực).
- Khi mắt điều tiết tối đa, điểm trên trục của mắt mà ảnh còn được tạo ra ở ngay tại màng lưới gọi là điểm cực cận Cc (hay cận điểm) của mắt. Đó cũng là điểm gần nhất mà mắt còn nhìn rõ. Càng lớn tuổi điểm cực cận càng lùi ra xa mắt.
Đặc điểm và cách khắc phục đối với mắt cận, mắt viễn và mắt lão :
Mắt cận:
- Mắt cận có độ tụ lớn hơn bình thường. Một chùm tia sáng song song truyền đến mắt cận sẽ cho chùm tia ló hội tụ tại một điểm ở trước màng lưới (Hình 31.2)
fmax < OV
Khoảng cách OCv hữu hạn.
Điểm Cc gần mắt hơn bình thường.
- Tật cận thị thường được khắc phục bằng cách đeo kính phân kỳ để làm giảm bớt độ tụ của mắt (Hình 31.3).
Nếu coi như kính đeo sát mắt thì tiêu cự của kính được xác định bởi:
f = -OCv 
Mắt viễn:
Mắt viễn có độ tụ nhỏ hơn bình thường. Một chùm tia sáng song song truyền đến mắt viễn sẽ cho chùm tia ló hội tụ tại một điểm sau màng lưới (Hình 31.4)
 fmax < OV
Mắt viễn nhìn vật ở vô cực đã phải điều tiết.
Điểm Cc xa mắt hơn bình thường.
Người viễn thị thường được khắc phục bằng cách đeo kính hội tụ để tăng thêm độ tụ của mắt. Tiêu cự của thấu kính phải có giá trị thích hợp để ảnh ảo của điểm gần nhất mà người viễn thị muốn quan sát được tạo ra tại điểm cực cận của mắt.
Mắt lão:
Với hầu hết mọi người, kể từ tuổi trung niên, khả năng điều tiết giảm vì cơ mắt yếu đi và thể thủy tinh trở nên cứng hơn. Hậu quả là điểm cực cận Cc dời xa mắt. Đó là tật lão thị (mắt lão). Không nên coi mắt lão là mắt viễn. Mắt không tật, mắt cận hay mắt viễn khi lớn tuổi đều có thêm tật lão thị.
 Để khắc phục tật lão thị, phải đeo kính hội tụ tương tự như người viễn thị.
Đặc biệt, người có mắt cận khi lớn tuổi thường phải:Đeo kính phân kỳ để nhìn xa.Đeo kính hội tụ để nhìn gần.
Người ta thường thực hiện loại “kính hai tròng” có phần trên phân kỳ và phần dưới hội tụ.
Cấu tạo, ứng dụng kính 2 tròng:
Kính hai tròng là kính thuốc (vừa nhìn gần vừa nhìn xa) dùng để phóng to các chi tiết nhỏ ở khoảng cách làm việc gần, và giúp mắt nhìn xa tốt hơn. 
Thường được dùng khi người già đọc, sách báo. 
Kính hai tròng được thiết kế với quang tâm đưa lại 2 vùng nhìn với công suất khác nhau, có tiêu điểm nhìn 1 gần và 1 xa. 
Tròng kính có thiết kế rõ ràng thành hai phần riêng biệt. Phần trên là phần kính nhìn xa dùng để đi đường. Phần dưới là phần kính nhìn gần dùng để đọc sách. 
So sánh mắt cận, mắt viễn, mắt lão
Mắt cận
Mắt viễn
Mắt lão
Khái niệm
Nhìn xa kém hơn bình thường
Nhìn gần kém hơn bình thường
Nhìn gần kém hơn bình thường
Khi không điều tiết
fmax < OV
fmax > OV
fmax = OV
Cực viễn Cv
Cv cách mắt không lớn
Cv ở sau mắt
Cv ở vô cực
Cực cận Cc
Cc gần mắt hơn thường
Cc xa mắt hơn thường
Cc xa mắt hơn thường
Cách sửa tật
Đeo kính phân kỳ
Đeo kính hội tụ
Đeo kính thích hợp
Năng suất phân li của mắt:
Là góc trông vật nhỏ nhất của mắt mà mắt vẫn còn phân biệt được 2 điểm trên.
Sự lưu ảnh của mắt và ứng dụng:
Năm 1892, Platô (Plateau) – nhà vật lý người Bỉ phát hiện ra là cảm nhận do tác động của ánh sáng lên các tế bào màng lưới tiếp tục tồn tại khoảng 0,1 giây đồng hồ sau khi chùm sáng tắt. Trong thời gian 0,1 giây này ta vẫn còn “thấy” vật, mặc dù ảnh vủa vật không còn được tạo ra ở màng lưới nữa. Đó là hiện tượng lưu ảnh của mắt.
Hiện tượng này được ứng dụng trong điện ảnh. Khi chiếu phim, cứ sau 0,033 s hay 0,04 s ta lại chiếu một cảnh. Do hiện tượng lưu ảnh trên màng lưới, nên người xem có cảm giác quá trình diễn ra là liên tục.
Kính lúp:
Tác dụng tạo ảnh của của các dụng cụ quang bổ trợ cho mắt? Số bội giác?
Là một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trông việc quang 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 trông giới hạn nhìn thấy rõ của mắt.
 Định nghĩa: Độ bội giác G của một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt là tỉ số giữa góc trông ảnh αα của một vật qua dụng cụ quang học đó với góc trông trực tiếp α0α0 của vật đó khi đặt vật tại điểm cực cận của mắt.
G= α / αo=tan α /tan αo 
Cấu tạo của kính lúp:
Kính lúp được cấu tạo bởi một thấu kính hội tụ (hay một hệ ghép tương đương với một thấu kính hội tụ) có tiêu cự nhỏ (vài cm).
Đường đi của chùm tia sáng ứng với mắt ngắm chừng kính lúp ở vô cực. Viết công thức số bội giác:
Công dụng của kính lúp:
Kính lúp là dụng cụ quang bổ trợ cho mắt để quan sát các vật nhỏ.
Kính hiển vi:
Công dụng và cấu tạo của kính hiển vi:
Kính hiển vi là dụng cụ quang bổ trợ cho mắt để quan sát những vật rất nhỏ, bằng cách tạo ảnh có góc trông lớn. Số bội giác của kính hiển vi lớn hơn rất nhiều so với số bội giác của kính lúp.
Kính hiển vi có hai bộ phận chính:
Vật kính L1 là một thấu kính hội tụ (thực ra là một hệ thấu kính tác dụng như thấu kính hội tụ) có tiêu cự rất nhỏ (cỡ milimét).
Thị kính L2 là một kính lúp dùng để quan sát ảnh của vật tạo bởi vật kính.
Khoảng cách giữa hai quang tâm O1O2 = l không đổi.
Điều chỉnh kính hiển vi:
Điều chỉnh kính hiển vi: đưa ảnh sau cùng của vật hiện ra trong khoảng CvCc của mắt.
Số bội giác khi ngắm chừng ở vô cực:
Đường đi của chùm tia sáng ứng với mắt ngắm chừng kính hiển vi ở vô cực:
Lịch sử ra đời, ứng dụng ngày nay của kính hiển vi:
- Ngày nay, kính hiển vi có thể bao gồm nhiều loại từ các kính hiển vi quang học sử dụng ánh sáng khả kiến, cho đến các kính hiển vi điện tử, hay các kính hiển vi quét đầu dò, hoặc các kính hiển vi phát xạ quang... Kính hiển vi được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành như vật lý, hóa học, sinh học, khoa học vật liệu, y học và được phát triển không chỉ là công cụ quan sát mà còn là một công cụ phân tích mạnh.
Kính thiên văn:
Công dụng và cấu tạo của kính thiên văn:
Kính thiên văn là dụng cụ quang bổ trợ cho mắt, có tác dụng tạo ảnh có góc trông lớn đối với những vật ở rất xa (các thiên thể).
Kính thiên văn có hai bộ phận chính:
Vật kính L1 là một thấu kính hội tụ có tiêu cự lớn ( nhiều mét).
Thị kính L2 là một kính lúp để quan sát ảnh tạo bởi vật kính.
Điều chỉnh kính thiên văn:
Phải điều chỉnh để ảnh sau cùng hiện ra trong khoảng nhìn rõ của mắt
Số bội giác trong trường hợp ngắm chừng vô cực: G∞ = f1/f2
Đường đi của chùm tia sáng ứng với mắt ngắm chừng kính thiên văn ở vô cực:
Xét trường hợp ngắm chừng ở vô cực (Hình 34.1)
Ta có: G∞ = α/α0≈ tanα/tanα0
Vì tanα = A′1B′1/f2; tanα0 = A′1B′1/f1 (mỗi thiên thể có góc trông α0 nhất định).
Do đó: G∞ = f1/f2
Số bội giác của kính thiên văn trong điều kiện này không phụ thộc vị trí đặt mắt sau thị kính. 
Lịch sử ra đời và sự phát triển của kính thiên văn:
- Kính viễn vọng được ứng dụng trong quan sát thiên văn học, hay trong công tác hoa tiêu của ngành hàng hải, hàng không hay công nghệ vũ trụ, cũng như trong quan sát và do thám quân sự. Trong các ứng dụng thiên văn, chúng còn được gọi là kính thiên văn.
Trong lịch sử, kính viễn vọng đầu tiên được chế tạo sử dụng các dụng cụ quang học, để thu nhận ánh sáng đến từ vật thể ở xa và tạo ra hình ảnh phóng đại dễ dàng quan sát bởi mắt người. Chúng là các kính viễn vọng quang học. Sau này, các loại kính viễn vọng khác được chế tạo, sử dụng bức xạ điện từ nằm ở bước sóng khác, đến từ vật thể ở xa, như radio, hồng ngoại, tử ngoại, tia X, gamma,...
HẾT