Luận văn sáng kiến kinh nghiệm phương pháp giải bài tập mắt và các dụng cụ quang học

  • 14 trang
  • file .pdf
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Tính cần thiết
- Các dụng cụ quang học là một trong những vấn đề khá trừu tượng đối với học sinh.
Đây là một chương của lớp 12(sách cũ) từ năm 2007 theo chương trình thay sách giáo
khoa vấn đề này đã được đưa xuống lớp 11. Phần quang hình học, học sinh đã được làm
quen từ cấp THCS tuy nhiên mới chỉ đề cập đến các vấn đề đơn giản. Để có một cách
nhìn tổng quát và sâu sắc đòi hỏi cả người dạy và người học cần phải có một cách thức
nghiên cứu hợp lý và bài bản. Các dụng cụ quang học là một trong những vấn đề có
nhiều ứng dụng trong thực tế vì vậy ngoài việc người dạy phải trang bị cho học sinh
những kiến thức cơ bản về mặt lý thuyết thì đồng thời cũng phải rèn luyện cho học sinh
biết cách vận dụng thực tế.
- Vấn đề áp dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy là một trong những vấn đề cần
thiết, những phần mềm hỗ trợ vẽ hình hoặc các thí nghiệm ảo giúp người dạy chủ động
hơn và có nhiều thời gian hơn để quan tâm đến học sinh đồng thời cũng giúp học sinh có
niềm tin sâu sắc vào những luận điểm mà giáo viên đưa ra.
2. Mục đích nghiên cứu
- Xuất phát từ thực trạng về sự khó khăn trong việc tiếp thu kiến thức của học sinh và
tầm quan trọng của vấn đề cần nghiên cứu.
- Mục đích nêu ra giải pháp ôn tập chương có hiệu quả vừa đảm bảo tiến độ vừa có thể
trang bị được khối lượng kiến thức cần thiết, vừa kích thích được trí sáng tạo của người
học.
- Nêu ra một cách tiếp cận khác SGK.
- Nêu ra phương án tổng kết gióp học sinh dễ hiểu, dễ nhớ.
3. Kết quả cần đạt được.
- Người dạy có một cách thức để hệ thống kiến thức.
- Học sinh tiếp cận tốt, dễ hiểu, dễ nhớ.
- Học sinh biết cách vận dụng vào trong các bài tập cụ thể.
- Học sinh biết cách vận dụng vào trong thực tế.
II. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
1
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
1. Cơ sở lý luận
- Dựa vào đặc điểm của ảnh qua thấu kính và hệ thấu kính.
- Đặc điểm của mắt, sự điều tiết, điểm cực cận, cực viễn, giới hạn nhìn rõ, góc trông và
năng suất phân li của mắt.
2. Nội dung nghiên cứu
- MẮT
- Kính lúp
- Kính hiển vi
- Kính thiên văn
2.1. Mắt: Là một thấu kính hội tụ có tiêu cự và độ tụ thay đổi được nhờ thay đổi độ cong
của thủy tinh thể
- Điểm cực cận (CC) là điểm gần nhất trên trục chính mà đặt vật tại đó mắt còn nhìn rõ
- Điểm cực viễn (CV) là điểm xa nhất trên trục chính mà đặt vật tại đó mắt còn nhìn rõ
- Giới hạn nhìn rõ: Từ CC đến CV
- Cách sửa tật cận thị: đeo thấu kính phân kỳ có tiêu cự thích hợp
- Cách sửa tật viễn thị: đeo thấu kính hội tụ có tiêu cự thích hợp
* Lưu ý: Khoảng cách từ thể thủy tinh đến màng lưới luôn không đổi
* Phương pháp giải: Phương pháp hệ thấu kính
Sơ đồ tạo ảnh.
AB Ok A1B1
d (d < f) d’
- Ngắm chừng ở điểm cực cận: A1 trùng với điểm Cc (Mắt điều tiết tối đa)
- Ngắm chừng ở điểm cực viễn: A1 trùng với điểm Cv (Mắt không điều tiết)
2.2. Kính lúp
- Nghiên cứu về tác dụng của kính lúp
- Nghiên cứu về cấu tạo
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
2
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
- Nghiên cứu về cách thức điều chỉnh.
- Nghiên cứu về cách ngắm chừng.
- Nghiên cứu về độ bội giác.
2.2.1. Tác dụng của kính lúp.
- Làm tăng góc trông ảnh của vật bằng cách tạo ra ảnh ảo lớn hơn vật nằm trong giới hạn
nhìn rõ của mắt.
2.2.2. Cấu tạo: Kính lúp đơn giản là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn.
2.2.3. Cách điều chỉnh.
Điều chỉnh khoảng cách từ vật đến kính hoặc từ kính đến mắt
Sơ đồ tạo ảnh.
AB Ok A1B1
d (d < f) d’
2.2.4. Cách ngắm chừng
- Ngắm chừng ở điểm cực cận: A1 trùng với điểm Cc
- Ngắm chừng ở điểm cực viễn: A1 trùng với điểm Cv
- Ngắm chừng ở vô cùng: A1 ở vô cùng
2.2.5. Số bội giác.
- Trước hết đưa ra định nghĩa số bội giác của một dụng cụ quang học (Kính lúp và
kính hiển vi)
 tan  AB
G  Trong đó: tan  0 
 0 tan  0 OC c
A' B ' A' B '
Đối với kính lúp: tan   
OA ' d' l
tan  A' B ' OC c OC
Suy ra: G    k. ' c
tan  0 AB d  l'
d l
- Ngắm chừng ở điểm cực cận: d '  l  OC c  Gc  k c
OC c
- Ngắm chừng ở điểm cực viễn: d  l  OC v  Gv  k v
OC v
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
3
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
OC c d ' OC c OC c
- Ngắm chừng ở vô cùng d '  l  d '    G  k  
d' l d d' f
Lưu ý
- Ở đây ta dùng số bội giác và số phóng đại vì đó là những đại lượng không thứ
nguyên và đây là số bội giác của kính không phải của ảnh.
- Để làm rõ bản chất việc tạo ảnh qua kính nên vẽ đường truyền của tia sáng một
cách chọn vẹn từ điểm xuất phát cho đến vị trí ảnh ở màng lưới.
A

B
B’ F A Ok F O
,
- Trường hợp mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của kính (l = f)
OC c f  d ' OC c OC c
Gk    G
d' l f d  f
'
f
 Nếu mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của kính thì độ bội giác không phụ thuộc vào vị trí
đặt mắt.
2.3. Kính hiển vi.
2.3.1. Kính hiển vi và tác dụng của kính hiển vi
- Kính hiển vi: Là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trong việc quan sát các vật rất
nhỏ
- Tác dụng: Làm tăng góc trông ảnh của những vật rất nhỏ bằng cách tạo ra một ảnh
ảo lớn hơn vật và nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt.
2.3.2. Cấu tạo của kính hiển vi
- Vật kính: TKHT có tiêu cự rất ngắn.
- Thị kính: TKHT có tiêu cự ngắn.
- Bộ phận chiếu sáng.
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
4
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
* Lưu ý: học sinh vật kính và thị kính được đặt đồng trục và khoảng cách giữa chúng
không thể thay đổi được.
2.3.3. Cách điều chỉnh.
- Điều chỉnh khoảng cách từ vật đến vật kính để ảnh cuối cùng nằm trong giới hạn
nhìn rõ của mắt và góc trông    min .
- Sơ đồ tạo ảnh.
A1B1 A2B2
AB
d1 d1’ d2 d2’
2.3.4. Cách ngắm chừng
- Ngắm chừng ở điểm cực cận: A2 trùng với điểm Cc
- Ngắm chừng ở điểm cực viễn: A2 trùng với điểm Cv
- Ngắm chừng ở vô cùng: A1 ở vô cùng
2.3.5. Số bội giác
tan  AB
- Theo định nghĩa ta có G  , tan  0 
tan  0 OC c
A2 B2 A2 B2 A2 B2 A1 B1
- Đối với kính hiển vi: tan     
OA2 O2 A2 d 2' d2
A2 B2 OC c OC c
G  k
AB d 2' d 2'
Suy ra
A1 B1 OC c OC c
G  k1
AB d 2 d2
- Xét 3 cách ngắm chừng:
A2  C c  d 2'  OC c
+ Ngắm chừng ở điểm cực cận:
 Gc  k c  k1 .k 2
d 2' f 2
d 2'  O2 C c  d 2   d1'  l  d 2
d 2'  f 2
Dựa vào sơ đồ tạo ảnh
d1' f1 d1' d 2'
 d1  '  k1 .k 2 
d1  f1 d1 d 2
OC c
+ Ngắm chừng ở điểm cực viễn: Gv  k v
OC v
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
5
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
d 2'    d 2  f 2
OC c
 G  k1  k1 G 2
f2
+ Ngắm chừng ở vô cùng: f1  d1' OC c O1O2  f1  f 2 OC c
 G   
f1 f2 f1 f2
 .OC c
 G 
f1 f 2
Lưu ý
- Các công thức trên đây chỉ áp dụng khi mắt đặt sát thị kính.
- Ngắm chừng ở vô cùng số bội giác không phụ thuộc vào vị trí đặt mắt.
- Nếu đặt mắt quan sát tại tiêu điểm ảnh của thị kính ta có: l = f2
A2 B2 A2 B2 OC c f 2  d 2' OC c OC c
tan   G   k  k  G
f2  d2
1 1
d 2'  l AB d 2'  l '
f2 f2
Nhận xét: Nếu mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của thị kính thì số bội giác bằng số bội giác
trong trường hợp ngắm chừng ở vô cùng.
2.4. Kính thiên văn
2.4.1. Kính thiên văn và tác dụng của kính thiên văn
- Kính thiên văn: Dụng cụ quang học hỗ trợ cho mắt trong việc quan sát các vật ở xa.
- Tác dụng: Tạo ảnh ảo có góc trông lớn hơn vật nhiều lần.
2.4.2. Hai loại kính thiên văn
- Kính thiên văn khúc xạ.
- Kính thiên văn phản xạ.
2.4.3. Cấu tạo của kính thiên văn khúc xạ.
- Vật kính: TKHTcó tiêu cự lớn
- Thị kính: TKHT có tiêu cự nhỏ
* Lưu ý: Khoảng cách giữa vật kính và thị kính có thể thay đổi được.
2.4.4. Cách điều chỉnh
- Đặt mắt sát thị kính và thay đổi khoảng cách giữa vật kính và thị kính bằng cách dịch
chuyển thị kính để ảnh cuối cùng nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt.
O1 O2
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
6
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
Sơ đồ tạo ảnh: AB A1B1 A2B2
d d1’ d d2 ’
1 2
2.4.5. Cách ngắm chừng
- Ngắm chừng ở điểm cực cận: A2 trùng với điểm cực cận
- Ngắm chừng ở vô cùng: A2 ở vô cùng.
- Trường hợp ngắm chừng ở vô cùng phải điều chỉnh kính sao cho ảnh A1B1 nằm ở tiêu
diện vật F2 của thị kính lúc đó tiêu điểm ảnh F1 của vật kính trùng với tiêu điểm ảnh của
thị kính. Khi đó O1O2 = f1 + f2
2.4.6. Số bội giác của kính thiên văn
tan 
G Trong đó  ,  0 là góc trông ảnh của vật qua dụng cụ ( kính thiên văn) và góc
tan  0
trông trực tiếp vật khi đặt mắt tại vị trí đặt kính.
A1 B1
Ta có: tan  0 
f1
A2 B2 A2 B2
tan    (O  O 2 )
OA2 d 2'
A1 B1
tan  
d2
tan  AB f f
G  2 2 1'  1
tan  0 A1 B1 d 2 d2
f1
- Ngắm chừng ở điểm cực cận: Gc  k 2
OCc
f1
- Ngắm chừng ở vô cùng: d 2  f 2  G 
f2
BẢNG TỔNG HỢP KIẾN THỨC
TÁC DỤNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH, SỐ BỘI GIÁC
CÁCH NGẮM CHỪNG
- Làm tăng - Điều chỉnh vị trí tan  A' B ' OC c OC c
G   k .
góc trông của vật hoặc kính tan  0 AB d '  l d' l
bằng cách sao cho ảnh của vật
trong - Ngắm ở Cc: d  l  OC c  Gc  k c
'
tạo ra một hiện ra
ảnh ảo cùng khoảng nhìn rõ của
chiều và lớn - Ngắm ở Cv:
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
7
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
hơn vật. mắt. OC c
d  l  OC v  Gv  k v
OC v
- Có 3 cách ngắm
chừng. - Ngắm ở 
KÍNH LÚP
. Ngắm ở Cc d '  l  d '  
. Ngắm ở Cv OC c d ' OC c OC c
 G  k  
d' l d d' f
. Ngắm ở
- Tác dụng - Thay đổi khoảng A B OC OC
G 2 2 'c  k 'c
làm tăng góc cách giữa vật và AB d 2 d2
trông ảnh vật kính bằng cách A B OC c OC c
G 1 1  k1
của những đưa toàn bộ ống AB d 2 d2
vật rất nhỏ kính lên hay xuống
với độ bội để ảnh A2B2 nằm - Ngắm ở Cc
giác rất lớn trong khoảng nhìn A2  C c  d 2'  OC c
so với kính rõ của mắt.
 Gc  k c  k1 .k 2
lúp.
- Có 3 cách ngắm
d 2' f 2
chừng. d 2'  O2 C c  d 2   d1'  l  d 2
d 2'  f 2
d1' f1 d1' d 2'
 d1  '  k1 .k 2 
d1  f1 d1 d 2
- Ngắm ở Cv
OC c
KÍNH
Gv  k v
OC v
HIỂN VI
- Ngắm ở 
d 2'    d 2  f 2
OC c
 G  k1  k1 G 2
f2
f1  d1' OC c O1O2  f1  f 2 OC c
 G   
f1 f2 f1 f2
 .OC c
 G 
f1 f 2
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
8
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
- Tác dụng - Thay đổi khoảng
tạo ảnh có cách giữa vật kính  G  tan   A2 B2 f1  f1
góc trông lớn và thị kính bằng tan  0 A1 B1 d 2' d2
hơn vật cách dịch chuyển
f
nhiều lần. thị kính sao cho - Ngắm ở Cc : Gc  k 2 1
OCc
ảnh A2B2 nằm
trong khoảng nhìn d2  f2
rõ của mắt. - Ngắm ở  : f
KÍNH G  1

THIÊN
f2
VĂN - Thông thường
người quan sát
ngắm chừng ở vô
cùng.
* BÀI TẬP VẬN DỤNG
Dạng 1: Xác định khoảng đặt vật.
Phương pháp:
- Xác định vị trí các điểm vật có ảnh là điểm Cc, Cv.
Hệ quang học
- Sơ đồ M Cv ( Hoặc Cc)
dM dM’ = - OkCv = -(OOk -
- Phạm vi ngắm chừng: dOkCdv)  d
M N
Bài 1: Một người cận thị có khoảng nhìn rõ ngắn nhất D =15 cm và giới hạn nhìn rõ là
35 cm. Người này quan sát một vật nhỏ qua kính lúp có tiêu cự 5 cm. Mắt cách kính 10
cm. Phải đặt vật trong khoảng nào trước kính.
Đs: 2,5cm  d  4,44cm
Bài 2: Vật kính và thị kính của một kính hiển vi có tiêu cự lần lượt là f1 = 1cm, f2 = 4 cm.
Độ dài quang học của kính   15cm . Người quan sát có điểm cực cận cách mắt 20 cm và
điểm cực viễn ở vô cực. Hỏi phải đặt vật trong khoảng nào trước kính.
Đs: d  0,03cm
Dạng 2: Xác định số bội giác của kính
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
9
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
Phương pháp
- Áp dụng các công thức tổng quát về độ bội giác.
- Áp dụng các công thức tính độ bội giác trong trường hợp đặc biệt.
Lưu ý các trường hợp.
. Khoảng cách mắt, kính.(Mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của kính hoặc thị kính)
. Độ bội giác ghi trên vành quang cụ.
0,25
VD: với kính lúp ghi X5 có nghĩa là G   5  f  0,05m
f
Bài 1: Mắt thường có điểm cực cận cách mắt D = 25cm quan sát một vật nhỏ bằng kính
lúp có tiêu cự f = 10cm. Tính độ bội giác của kính lúp trong các trường hợp.
1) Mắt đặt tại tiêu điểm ảnh.
2) Mắt đặt tại quang tâm của kính.
3) Mắt đặt sau kính x = 5cm.
Trong mỗi trường hợp trên hãy xét
a) Khi mắt không điều tiết.
b) Khi quan sát ở khoảng nhìn rõ ngắn nhất.
c) Khi vật cách kính lúp 8 cm.
Bài 2: Vật kính và thị kính của kính hiển vi có tiêu cự lần lượt là f1 = 1cm, f2 = 4cm. Hai
kính cách nhau 17cm.
a) Tính độ bội giác của kính khi ngắm chừng ở vô cực( Cho D = 25 cm).
b) Tính độ bội giác của kính và độ phóng đại của ảnh khi người quan sát ngắm
chừng ở điểm cực cận.
Đs: a- 75, b- 91
Bài 3: Vật kính của một kính thiên văn có tiêu cự f1 = 1,2cm. Thị kính có tiêu cự f2 =
4cm.
a) Tính khoảng cách giữa hai kính và số bội giác của kính khi ngắm chừng ở vô
cực.
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
10
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
b) Một người dùng kính thiên văn nói trên để quan sát mặt trăng. Điểm cực viễn
của học sinh này cách mắt 50cm. Tính khoảng cách giữa hai kính và độ bội giác của kính
khi người đó quan sát trong trạng thái không điều tiết.
Đs: a- 124cm; 30 b- 123,7cm; 32,4
Bài 4: Một kính hiển vi vật kính có tiêu cự f1 = 4mm thị kính có tiêu cự f2 = 20mm độ
dài quang học   156mm . Người quan sát mắt thường có điểm cực cận cchs mắt Đ =
250mm. Mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của thị kính. Hãy xác định
a) Khoảng cách từ vật đến vật kính trong trường hợp ngắm chừng này.
b) Số bội giác trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.
c) Góc trông ảnh biết AB  2m
Dạng 3: Xác định góc trông, năng suất phân li của mắt, kích thước tối thiểu của vật.
Phương pháp
AB
- Công thức tính góc trông vật: tan  
l
A' B '
- Công thức tính góc trông ảnh: tan  
OA '
- Năng suất phân li của mắt: Góc trông nhỏ nhất mắt còn phân biệt được hai điểm.
- Điều kiện để mắt nhìn thấy ảnh    min  tan   tan  min   min
Bài 1: Mắt cận khi về già có điểm cực cận cách mắt 1/3m điểm cực viễn cách mắt 50 cm.
Mắt tại tiêu điểm ảnh của kính lúp.
1) Tính tiêu cự của kính biết khoảng ngắm chừng là 0,4 mm.
2) Bây giờ mắt cách kính 1 cm quan sát vật AB trước kính
3) Tính số bội giác của kính lúp biết mắt quan sát trong trạng thái không điều tiết.
Tính độ cao tối thiểu của vật AB mà mắt có thể phân biệt được qua kính lúp. Biết
năng suất phân li của mắt là 3.10-4 rad.
Đs: 1- f = 2 cm, b- G = 17, AB = 5,8.10-4 cm.
Bài 2: Vật kính của một kính hiển vi có tiêu cự f1 = 1 cm, thị kính có tiêu cự f2 = 4 cm.
Độ dài quang học của kính là 16 cm. Người quan sát mắt không có tật có khoảng nhìn rõ
ngắn nhất là 20 cm.
Giáo viên: Nguyễn Quang Hùng – Trường THPT Lê Quý Đôn
11