SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.

SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.SKKN Hướng dẫn học sinh giải các bài toán về Mắt và dụng cụ quang học Vật Lí 11_HKII.

MỤC LỤC PHẦN I - MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài 2

2 Mục đích sáng kiến kinh nghiệm 2

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2

PHẦN II - NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1 Cơ sở lý luận 3

2 Thực trạng vấn đề: 3

3 Đề xuất giải pháp: 3

4 Thực hiện giải pháp: 3

5 Nội dung: 4

5.1 Soạn tài liệu tóm tắt lí thuyết và biểu thức của chương: 4

5.1.1 Mắt: 4

5.1.2 Kính lúp 4

5.1.3 Kính hiển vi 6

5.1.4 Kính thiên văn 8

5.2 Bảng tổng hợp kiến thức 10

5.3 Vận dụng vào bài tập 11

5.3.1 Dạng 1: Xác định khoảng đặt vật 11

5.3.2 Dạng 2: Xác định số bội giác của kính 13

5.3.3.Dạng 3: Xác định góc trông, năng suất phân li của mắt, kích thước tối thiểu của vật 14

5.3.4.Dạng 4 Xác định độ dịch chuyển của kính 15

6 Kết quả 15

PHẦN III - KẾT LUẬN 1 Ý nghĩa, hiệu quả sáng kiến 17

2 Ý kiến đề xuất 17

PHẦN I – MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Chương Mắt và các dụng cụ quang là một mảng kiến thức quan trọng và khó học đối với học sinh Chương học vừa trừu tượng lại khá dài tuy nhiên thời lượng lên lớp thì khá hạn hẹp Thế nên các bài toán về mắt và dụng cụ quang là phần mà học sinh 11 hoang mang và ngần ngại nhất với môn Vật Lí 11_HKII Học sinh có cố gắng tìm thêm bài tập trên mạng hoặc từ bạn bè nhưng vẫn còn khá nhiều bài không giải được vì thiếu công thức, do kiến thức sách giáo khoa chỉ công bố ở vài trường hợp thường gặp mà thôi Nhưng các bài tập

có yêu cầu ngoài sách giáo khoa lại xuất hiện khá nhiều trong mảng này Bên cạnh đó, học sinh lại không thể tự chứng minh thành lập cho mình công thức tính như yêu cầu bài toán cho Các sách tham khảo cũng tuyên bố, không chứng minh nên chưa đáng tin cậy Và không phải em nào cũng tìm được sách có ghi những công thức cần thiết đó

Vì thế, tôi chọn đề tài này nhằm cung cấp thêm công thức vận dụng để tính toán và vận dụng giải một số bài toán minh họa

2 Mục đích sáng kiến kinh nghiệm

 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 sách giáo khoa

 Nêu ra phương án tổng kết gióp học sinh dễ hiểu, dễ nhớ

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Học sinh khối Trung học phổ thông (khối 11, 12)

- Kiến thức về phần quang hình học Đặc biệt là chương mắt và dụng cụ quang Những bài toán quang hình thường gặp trong khối 11

PHẦN II- NỘI DUNG ĐỀ TÀI

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

- Các biểu thức (đã chứng minh) về số bội giác

2 Thực trạng vấn đề:

- Kiến thức về quang hình khá trừu tượng

- Thời lượng mỗi bài không đủ để cho học sinh có thể vận dụng kiến thức thành thạo để giải một bài toán quang hình

- Với hình thức kiểm tra trắc nghiệm khách quan thì học sinh cần có cách thức giải nhanh các câu hỏi

- Trong khi, có những yêu cầu chỉ cần thiết lập biểu thức một lần là có thể áp dụng cho các bài khác

3 Đề xuất giải pháp:

Vì những lí do nổi cộm trên mà tôi, người giáo viên giảng dạy môn Vật lí cần hỗ trợ lực thêm cho các em có thêm động lực vượt qua các câu hỏi khó trong quá trình học Bằng cách lập bảng tổng hợp kiến thức và công thức mỗi bài thành một bảng ghi nhớ và đưa thêm vào một số biểu thức tính toán mà sách giáo khoa không đề cập đến

4 Thực hiện giải pháp:

- Giáo viên soạn tài liệu về kiến thức trọng tâm mỗi bài trong cả chương,

có thống kê công thức và câu hỏi trắc nghiệm

- Phát tài liệu về lớp ở bài học thứ 2 của chương Nhằm kích thích sự hứng thú theo dõi môn học của học sinh đối với bài đã học và những bài tiếp theo Qua đó, cũng hình thành cho các em khả năng tự đọc và nghiên cứu tài liệu

- Khi lên lớp, giáo viên sẽ tranh thủ kiến thức bài học mà chứng minh vài biểu thức mở rộng có trong tài liệu để các em dễ theo dõi

- Học sinh có thời gian để chuẩn bị các bài tập ở nhà và giáo viên cũng thuận tiện dặn dò các em nội dung ôn tập nếu cần

- Học sinh sẽ định hướng tốt các bài tập khó về quang hình đặc biệt là bài Mắt và các bài về dụng cụ quang

5 Nội dung:

5.1 Soạn tài liệu tóm tắt lí thuyết và biểu thức của chương:

5.1.1 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 khi điều tiết tối đa (fmin)

- Điểm cực viễn (CV) là điểm xa nhất trên trục chính mà đặt vật tại đó mắt còn nhìn rõ khi không điều tiết (fmax)

- Giới hạn nhìn rõ: Từ điểm CC đến điểm 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:

Sơ đồ tạo ảnh

AB A1B1

d (d < f) d’ =d df f

- 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)

5.1.2 Kính lúp

5.1.2.1 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

5.1.2.2 Cấu tạo:

Ok

- Kính lúp đơn giản là một thấu kính hội tụ (TKHT) có tiêu cự ngắn.

5.1.2.3 Cách điều chỉnh.

Điều chỉnh khoảng cách từ vật đến kính hoặc từ kính đến mắt

Sơ đồ tạo ảnh

AB

d (d < f) d’

5.1.2.4 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

5.1.2.5 Số bội giác.

- Trước hết đưa ra định nghĩa số bội giác của một dụng cụ quang học (Kính lúp và kính hiển vi)

0

tan













G Trong đó:

c 0

OC

Đối với kính lúp: A OA B d A'Bl

' ' '

' ' tan

Suy ra: G A AB B d OC c l k d OCc l







' '

' ' 0

tan

tan





- Ngắm chừng ở điểm cực cận: d' l OC c  G c k c

- Ngắm chừng ở điểm cực viễn:

v

c v v v

OC

OC k G OC l

d'    

- Ngắm chừng ở vô cùng:

f

OC d

OC d

d l d

OC k G

d l d

c c























' '

' '

Lưu ý

Ok A1B1

- 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 trọn vẹn từ điểm xuất phát cho đến vị trí ảnh ở màng lưới

- Trường hợp mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của kính (l = f)











f

OC f

d

OC f

d f l d

OC k

'

' '

Nhận xét: Nếu mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của kính thì độ bội giác không phụ thuộc vào vị trí đặt mắt.

5.1.3 Kính hiển vi.

5.1.3.1 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

- 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

5.1.3.2 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

* Lưu ý: học sinh vật kính và thị kính được đặt đồng trục và khoảng cách giữa chúng không thể thay đổi được

5.1.3.3 Cách điều chỉnh.

A’

B

- 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.

AB

d1 d1’ d2 d2’

5.1.3.4 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

5.1.3.5 Số bội giác

- Theo định nghĩa ta có

0 tan

tan







c

OC

AB

 0 tan

- Đối với kính hiển vi:

2

1 1 '

2

2 2 2 2

2 2 2

2 2 tan

d

B A d

B A A O

B A OA

B A











Suy ra

2

1 2

1 1

' 2

' 2

2 2

d

OC k d

OC AB

B A G

d

OC k d

OC AB

B A G

c c

c c









- Xét 3 cách ngắm chừng:

+ Ngắm chừng ở điểm cực cận:

2 1

' 2 2

.k

k k G

OC d

C A

c c

c c













Dựa vào sơ đồ tạo ảnh

2 1

' 2

' 1 2 1 1

' 1 1

' 1 1

2

' 1 2

' 2 2

' 2 2 2

' 2

.

d d

d d k k f d

f d d

d l d f d

f d d C O



























v

c v v

OC

OC k

G 

+ Ngắm chừng ở vô cùng:

2 1

2 1

2 1 2 1 2 1

' 1 1

2 1 2 1

2 2

' 2

.

f f

OC G

f

OC f

f f O O f

OC f

d f G

G k f

OC k G

f d d

c

c c

c









































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





















f

OC k d f

OC f

d f k l d

OC AB

B A G l d

B

2 1 ' 2 2 2

' 2 2 1 '

2

2 2 '

2

2 2 tan

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.

5.1.4 Kính thiên văn

5.1.4.1 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

5.1.4.2 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

5.1.4.3 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

Sơ đồ tạo ảnh: AB O1 A O2

1B1 A2B2 d

1

d1’

d

2

d2’

5.1.4.4 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

5.1.4.5 Số bội giác của kính thiên văn

0 tan

tan







G Trong đó  , 0 là góc trông ảnh của vật qua dụng cụ (kính thiên văn) và góc trông trực tiếp vật khi đặt mắt tại vị trí đặt kính

Ta có:

1

1 1 0 tan

f

B A





2

1 ' 2

1 1 1

2 2 0

2

1 1

2 '

2

2 2 2

2 2

tan tan tan

) O ( tan

d

f d

f B A

B A G

d

B A

O d

B A OA

B A

























- Ngắm chừng ở điểm cực cận:

c

1 2 OC

f k

G c 

- Ngắm chừng ở vô cùng:

2

1 2

2

f

f G f

d    

5.2 BẢNG TỔNG HỢP KIẾN THỨC

TÊN

DỤNG

CỤ

QUANG

TÁC DỤNG

CÁCH ĐIỀU CHỈNH, CÁCH NGẮM CHỪNG

SỐ BỘI GIÁC

KÍNH

LÚP

- Làm tăng

góc trông

bằng cách

tạo ra một

ảnh ảo cùng

chiều và lớn

hơn vật

- Điều chỉnh vị trí

của vật hoặc kính sao cho ảnh của vật hiện ra trong khoảng nhìn rõ của mắt

- Có 3 cách ngắm chừng

Ngắm ở Cc

Ngắm ở Cv

Ngắm ở 

l d

OC k l d

OC AB

B A











' '

' ' 0

tan

tan





- Ngắm ở Cc:d' l OC c  G c k c

- Ngắm ở Cv:

v

c v v v

OC

OC k G OC l

d'    

- Ngắm ở 

f

OC d

OC d

d l d

OC k G

d l d

c c























' '

' '

- Tác dụng

làm tăng góc

trông ảnh

của những

vật rất nhỏ

với độ bội

giác rất lớn

so với kính

lúp

- Thay đổi khoảng cách giữa vật và vật kính bằng cách đưa toàn bộ ống kính lên hay xuống

để ảnh A2B2 nằm trong khoảng nhìn

rõ của mắt

- Có 3 cách ngắm chừng

2

1 2

1 1

' 2

' 2

2 2

d

OC k d

OC AB

B A G

d

OC k d

OC AB

B A G

c c

c c









- Ngắm ở Cc

2 1

' 2 2

.k

k k G

OC d

C A

c c

c c













2 1

' 2

' 1 2 1 1

' 1 1

' 1 1

2

' 1 2

' 2 2

' 2 2 2

' 2

.

d d

d d k k G f d

f d d

d l d f d

f d d C O d

c

c





























- Ngắm ở Cv

DỤNG

CỤ

QUANG

TÁC DỤNG

CÁCH ĐIỀU CHỈNH, CÁCH NGẮM CHỪNG

SỐ BỘI GIÁC

KÍNH

HIỂN

VI

v

c v v

OC

OC k

G 

- Ngắm ở 

2 1

2 1

2 1 2 1 2 1

' 1 1

2 1 2 1

2 2

' 2

.

f f

OC G

f

OC f

f f O O f

OC f

d f G

G k f

OC k G

f d d

c

c c

c









































KÍNH

THIÊN

VĂN

- Tác dụng

tạo ảnh có

góc trông lớn

nhiều lần

- Thay đổi khoảng cách giữa vật kính

và thị kính bằng cách dịch chuyển thị kính sao cho ảnh A2B2 nằm trong khoảng nhìn

rõ của mắt

- Thông thường người quan sát ngắm chừng ở vô cùng

2

1 ' 2

1 1 1

2 2 0 tan

tan

d

f d

f B A

B A







- Ngắm ở Cc :

c

1 2 OC

f k

G c 

- Ngắm ở :

2

1 2

2

f

f G f

d    

5.3 VẬN DỤNG VÀO BÀI TẬP

5.3.1 Dạng 1: Xác định khoảng đặt vật.

Phương pháp:

- Xác định vị trí các điểm vật cho ảnh tại điểm Cc, Cv

- Sơ đồ: M

Hệ quang học

Cv

- Sơ đồ: N

- Phạm vi ngắm chừng: d d M  d N

Bài 1: Một người cận thị có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là 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?

Gợi ý : dM’= OOk – OkCv = 10 – 35 = -25 cm

Suy ra dM = ' . 4 , 17

'



 f d

f d

M

dN’= OOk – OkCc = 10 – 15 = -5 cm nên dN = ' . 2 , 5

'



 f d

f d

N

Vậy: 2 , 5cmd  4 , 17cm

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

Gợi ý : M M’ M’’OC v  

d11 ?  d12 =f2  d12’=  

nên d11’=f1+ =16 cm suy ra d11 = . 1 , 066

1

' 11 1

'

 f d

f d

cm

N N’ N’’OC c   20cm

d21 ?  d22  d22’= -20 cm

d22 = . 3 , 333

2

' 22 2

'

 f d

f d

cm

do đó: d21’=f1+ +f2- d22= 16,667 cm

dM dM’ = - OkCv = -(OOk - OkCv)

Cc

dN dN ‘ = - OkCc = -(OOk -

OkCc)

suy ra: d21= cm

f d

f d

0638 , 1 1

' 21 1

'



Vậy d d11 d21 1 , 0667  1 , 0638 0,0029 cm = 2,9 mm

5.3.2 Dạng 2: Xác định số bội giác của kính

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

- Mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của kính hoặc thị kính

- Độ bội giác ghi trên vành quang cụ

f

G 0,25  5   0 , 05

Bài 1: 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 (Đ = 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

2 1







f f

OC

b) N N’ N’’OC c  25

d11 ?  d12 ?  d12’= -25

d12 = . 3 , 448

2

' 12 2

'

 f d

f d

cm

d11’=f1+ +f2- d12= 13,552 cm

suy ra: d11= cm

f d

f d

082 , 1 1

' 11 1

'



Vậy 90 , 813 91

.

2 1

' 2

'



d d

d d

Độ phóng đại ảnh: k = - 23

1

'

d d

Bài 2: Vật kính của một kính thiên văn có tiêu cự f1 = 1,2m Thị kính có tiêu cự f2 = 4cm Tính khoảng cách giữa hai kính và số bội giác của kính khi ngắm chừng ở vô cực

Gợi ý : l= f1+f2=124 cm

30

2





f

f G

Đs: 124cm; 30

Bài 3: Một kính hiển vi vật kính có tiêu cự 0,8 cm, thị kính có tiêu cự 8 cm.

hai kính đặt cách nhau 12,2 cm Một người mắt tốt (cực cận cách mắt 25 cm) đặt mắt sát thị kính quan sát ảnh Độ bội giác ảnh khi ngắm chừng trong trạng thái không điều tiết là bao nhiêu?

Đs: 13,28

5.3.3.Dạng 3: Xác định góc trông, năng suất phân li của mắt, kích thước tối thiểu của vật.

Phương pháp

- Công thức tính góc trông vật:

l

AB



 tan

- Công thức tính góc trông ảnh: tan ' ''

OA

B A





- Năng suất phân li của mắt: Góc trông nhỏ nhất mà 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, vật cách kính 0,4 mm

a Tính số bội giác của kính lúp biết mắt quan sát trong trạng thái không điều tiết