SKKN PHÂN LOẠI và CÁCH GIẢI một số bài tập về mắt

Để giải được các bài tập về “Mắt và các dụng cụ quang” nói chung và bài tập về “Mắt” nói riêng, các em phải hiểu được sự tạo ảnh của vật qua thấu kính mắt và qua hệ mắt + kính đeo, phân

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI

Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh

Mã số: (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi)

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ MẮT

Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh

Có đính kèm: Các sản phẩm không thể hiện trong bản in SKKN

 Mô hình  Đĩa CD (DVD)  Phim ảnh  Hiện vật khác

(các phim, ảnh, sản phẩm phần mềm)

Năm học: 2014 - 2015

SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC

I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN

8 Nhiệm vụ được giao:

- Dạy Vật lý lớp 12A1, lớp 12A3, lớp 11A2, lớp 11A9

- Chủ nhiệm lớp 11A9

9 Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh

II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO

- Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử nhân

- Năm nhận bằng: 1990

- Chuyên ngành đào tạo: Vật lý

III KINH NGHIỆM KHOA HỌC

- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Giảng dạy

Số năm có kinh nghiệm: 15

- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:

+ Cách giải bài toán về chuyển động của một vật trên mặt phẳng nghiêng –

- Phân loại dạng bài tập: cách giải và ví dụ kèm theo cho mỗi dạng bài tập về mắt

- Một số bài tập luyện tập áp dụng các cách giải trên

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ MẮT

TÓM TẮT NỘI DUNG

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Môn Vật lý nghiên cứu những sự vật và hiện tượng xảy ra hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn Mục tiêu giảng dạy Vật lý ở trường Trung học phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức Vật lý cơ bản và nguyên tắc của những ứng dụng Vật lý trong sản xuất và đời sống; tạo cho các em sự hứng thú và lòng yêu thích khoa học

Do thời gian trong mỗi tiết học lý thuyết có hạn nên học sinh cùng một lúc vừa quan sát hiện tượng vừa khái quát rồi ghi nhớ và vận dụng những kiến thức tiếp thu được để giải các bài tập Thời gian làm bài tập trong tiết học chính khóa lại hơi ít nên đa phần các em chỉ tiếp thu được một phần lý thuyết mà không có điều kiện vận dụng luyện tập ngay tại lớp vì vậy khi gặp những bài tập đòi hỏi phải có suy luận thì các em lúng túng không biết giải thế nào Thường thì các em nhớ công thức một cách máy móc khi áp dụng giải bài tập mà không hiểu được bản chất hiện tượng

Để khắc sâu kiến thức, tạo được hứng thú cho học sinh, giúp các em vượt qua những khó khăn, trạng thái thụ động trong giờ bài tập trên lớp cũng như khi làm bài tập ở nhà, người giáo viên sử dụng nhiều biện pháp phối hợp trong quá trình giảng dạy Với tôi, một biện pháp không thể thiếu là hệ thống kiến thức lý thuyết, phân loại các dạng bài tập trong từng chương hoặc từng bài học đồng thời hướng dẫn cách giải cụ thể cho mỗi dạng bài Trong phần Quang học của chương trình Vật lý 11 các em sẽ tìm hiểu những kiến thức về “Mắt và các dụng cụ quang” Để giải được các bài tập về “Mắt và các dụng cụ quang” nói chung và bài tập về

“Mắt” nói riêng, các em phải hiểu được sự tạo ảnh của vật qua thấu kính mắt và qua hệ mắt + kính đeo, phân biệt được khoảng cực cận, cực viễn của mắt với khoảng cực cận, cực viễn của mắt đeo kính; hiểu rõ được sự điều tiết của mắt khi quan sát vật từ đó cần hiểu rõ đại lượng nào có vai trò là d hoặc d’ trong công thức thấu kính sẽ được vận dụng để xác định đại lượng cần tìm

Xuất phát từ thực tế trên, với một số kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy và

qua tham khảo một số tài liệu, tôi chọn đề tài “PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ MẮT” với mong muốn giúp các em học sinh có thể có

được những kiến thức cơ bản để giải được các bài toán về “Mắt” nói riêng và giải được các bài toán về “Các dụng cụ quang: kính lúp, kính thiển vi và kính thiên văn” nói chung một cách chủ động nhất

II CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

Bài tập về “Mắt” được đưa ra trong sách Bài tập Vật lý 12 (chương trình cải cách), sách giáo khoa Vật lý 11 ( bài 50 và 51 – chương trình nâng cao; bài 31 – chương trình chuẩn), sách Bài tập Vật lý 11 (chương trình chuẩn và nâng cao) và ở một số sách tham khảo

Một số tài liệu tham khảo đưa ra bài toán dạng này:

- Một số phương pháp chọn lọc giải các bài toán vật lý sơ cấp – Vũ Thanh Khiết

- Giải toán Vật lý 11 – Bùi Quang Hân

- Ôn thi đại học môn vật lý – Trần Trọng Hưng

Trong sách giáo và sách bài tập Vật lý 11 chương trình cơ bản và nâng cao cũng như trong các sách tham khảo, bài tập về “Mắt” không được phân theo dạng cụ thể

và cũng không đa dạng, các bài tập chỉ được lược giải tóm tắt thường là đi sâu vào một vài dạng bài, các ví dụ minh họa cho các dạng bài cụ thể chưa chi tiết

Trong bài viết này tôi đã hệ thống lại một số kiến thức lý thuyết cơ bản về mắt:

sự điều tiết của mắt khi quan sát vật; điều kiện để mắt nhìn rõ một vật; đặc điểm của mắt bình thường, đặc điểm của mắt có tật và cách khắc phục tương ứng với từng tật , củng cố cho các em hiểu rõ sự tạo ảnh của vật qua thấu kính mắt và qua

hệ mắt đeo kính , nhấn mạnh cho các em rõ vị trí hiện của ảnh tương ứng với các

vị trí đặt vật khi nhìn vật qua kính, giúp các em xác định chính xác được d và d’ khi áp dụng công thức thấu kính để tìm đại lượng chưa biết theo yêu cầu đề bài Các bài tập về “Mắt” trong bài viết này tôi phân ra các dạng cơ bản sau:

Dạng 1: Bài tập về độ tụ và độ biến thiên độ tụ của mắt Dạng 2: Bài tập về mắt cận và cách khắc phục

Dạng 3: Bài tập về mắt viễn và cách khắc phục Dạng 4: Bài tập về mắt lão và cách khắc phục

Dạng bài tập về “Mắt” liên quan đến góc trông vật khi nhìn trực tiếp vật và góc trông ảnh khi mắt nhìn vật qua kính sẽ được trình bày trong phần bài tập về “Các dụng cụ quang: kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn”

Nội dung những kinh nghiệm trình bày trong bài viết này tôi đã thực hiện trong quá trình giảng dạy lớp 11 và bồi dưỡng học sinh giỏi tại trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh trong năm học 2011 – 2012, 2012 – 2013 và 2014 – 2015 thấy chất lượng học tập của các em tăng rõ rệt

III TỔ CHỨC THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP

Phần A TÓM TẮT LÝ THUYẾT:

Về phương diện quang hình học, ta coi hệ thống bao gồm các bộ phận cho ánh sáng truyền qua của mắt tương đương với một thấu kính hội tụ, được gọi là thấu kính mắt Tiêu cự của thấu kính mắt có thể thay đổi được

Khi mắt nhìn một rõ vật nào đó thì ảnh của vật cho bởi thấu kính mắt hiện rõ trên màng lưới (tại điểm vàng V), ảnh này là ảnh thật ngược chiều vật và nhỏ hơn vật

1 Sự điều tiết của mắt Điểm cực viễn Điểm cực cận

a Sự điều tiết của mắt: là hoạt động của mắt làm thay đổi tiêu cự của mắt để

ảnh của các vật ở cách mắt những khoảng cách khác nhau vẫn được tạo ra ở màng lưới (tại điểm vàng V)

b Điểm cực viễn Điểm cực cận

* Điểm cực viễn C v : là điểm xa nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật ở đó

thì ảnh của vật nằm trên màng lưới khi mắt không điều tiết

Quan sát vật đặt ở điểm cực viễn Cv , mắt không phải điều tiết cơ vòng ở trạng thái nghỉ nên mắt không mỏi Trường hợp này thể thủy tinh dẹt nhất tức là tiêu cự của thấu kính mắt lớn nhất fmax, độ tụ của thấu kính mắt nhỏ nhất Dmin

Khoảng cách OCv là khoảng cực viễn

* Điểm cực cận C c : là điểm gần nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật ở đó

thì ảnh của vật nằm trên màng lưới khi mắt điều tiết tối đa

Quan sát vật đặt ở điểm cực cận Cc, thể thủy tinh căng phồng đến mức tối đa, tiêu

cự của thấu kính mắt giảm đến mức nhỏ nhất fmin, độ tụ của thấu kính mắt lớn nhất

Dmax, vì vậy mắt rất chóng mỏi

Khoảng cách OCc là khoảng cực cận, ký hiệu bằng chữ Đ Độ lớn của khoảng này phụ thuộc vào độ tuổi

2 Điều kiện để mắt nhìn rõ vật nhỏ AB (phân biệt được hai điểm A và B)

a Góc trông vật AB đặt thẳng góc với trục chính của mắt: là góc α tao bởi

hai tia sáng xuất phát từ hai điểm A và B tới mắt, với tanα = AB

OA

b Để mắt nhìn rõ vật nhỏ AB thì ảnh A’B’ của vật phải hiện trên màng lưới, muốn vậy:

* Vật phải đặt trong khoảng nhìn rõ của mắt

* Góc trông vật AB   , với  là năng suất phân ly của mắt

Năng suất phân ly  là góc trông nhỏ nhất minkhi nhìn vật AB mà mắt còn phân biệt được hai điểm A, B), với mắt bình thường   min  1 '

3 Mắt không có tật:

- Khi không điều tiết, tiêu điểm của thấu kính mắt nằm trên màng lưới

fmax=OV

- Điểm cực viễn ở xa vô cực OCv = ∞

- Thường lấy khoảng cực cận OCc = 25cm

Nếu kính đeo sát mắt thì tiêu cự của kính được xác định bởi fk = - OCv

Khi đeo kính, điểm gần nhất mắt nhìn thấy rõ sẽ ở xa hơn điểm cực cận khi không đeo kính

+ Dùng thấu kính phân kỳ có độ tụ thích hợp đeo trước mắt để khoảng cực cận cỡ 25cm như mắt bình thường

B'

Nhưng trên thực tế, thường thì người cận thị đeo kính sửa tật để nhìn rõ vật ở

xa còn để nhìn vật ở gần như mắt bình thường thì chỉ cần tháo kính ra là mắt cận vẫn nhìn được

- Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc để giảm độ tụ của mắt

b Viễn thị

* Đặc điểm của mắt viễn:

- Độ tụ của mắt viễn thị nhỏ hơn độ tụ của mắt bình thường (Dvt<Dbt) Khi không điều tiết, tiêu điểm của thấu kính mắt nằm sau màng lưới: fmax>OV

- Mắt viễn thị nhìn vật ở xa vô cực đã phải điều tiết

- Điểm Cc xa mắt hơn bình thường

* Cách khắc phục tật viễn thị:

- Đeo kính:

+ Dùng thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp đeo trước mắt để có thể nhìn rõ vật ở gần như mắt bình thường Cần chọn kính sao cho ảnh ảo của điểm gần nhất

mà người viễn thị muốn quan sát được tạo ra ở điểm Cc của mắt

+ Dùng thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp đeo trước mắt để có thể nhìn vật ở

xa vô cực không cần điều tiết

Nhưng trên thực tế thường thì người viễn thị đeo kính sửa tật để nhìn vật ở gần như mắt bình thường, điều tiết mắt để nhìn vật ở xa chứ không cần đeo kính

- Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc để tăng độ tụ của mắt

c Lão thị:

* Đặc điểm của mắt lão:

- Với những người lớn tuổi cơ mắt yếu đi, điểm Cc dời xa mắt hơn

- Mắt không tật, mắt cận hay mắt viễn khi lớn tuổi đều có thêm tật lão thị

* Cách khắc phục tật lão thị:

- Dùng thấu kính hội tụ tương tự mắt viễn

- Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc

Phần B PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP CƠ BẢN VỀ MẮT

( CÓ BÀI TẬP VÍ DỤ KÈM THEO MỖI DẠNG )

* Các ký hiệu trong bài tập

Khi mắt đeo kính nhìn vật AB thì sơ đồ tạo ảnh của vật AB qua hệ kính + mắt là:

Trong đó O là quang tâm của mắt; Ok là quang tâm của kính; A’B’ là ảnh của vật

AB qua kính, A’B’ hiện trong giới hạn nhìn rõ của mắt; A’’B’’ là ảnh cuối cùng qua hệ mắt đeo kính, A’’B’’ hiện ở điểm vàng V của mắt

Ví dụ 1.2:

Một người có thể nhìn rõ vật ở xa vô cực không cần điều tiết và nhìn vật cách mắt 25cm khi điều tiết tối đa Độ tụ của mắt có thể thay đổi trong khoảng nào, cho biết khoảng cách từ quang tâm của mắt đến võng mạc là 16 mm

a Tính độ tụ của mắt ứng với khi mắt nhìn vật đặt ở điểm cực viễn

b Khả năng điều tiết của mắt giảm theo độ tuổi So với lúc không điều tiết thì khi mắt điều tiết tối đa, độ tụ của mắt tăng thêm một lượng ΔD = 16 - 0,3.n dp  với n là

số tuổi tính theo đơn vị là năm Tính khoảng cực cận của mắt ở tuổi 17

Một mắt cận thị có khoảng thấy rõ dài nhất là 12cm

a Khi mắt không điều tiết thì độ tụ của mắt là 62,5dp Tính khoảng cách từ quang tâm của mắt đến võng mạc

b Khi mắt điều tiết tối đa thì độ tụ của mắt là 67,5dp Tính khoảng thấy rõ ngắn nhất của mắt

Vậy khoảng cách từ quang tâm đến võng mạc là 1,846cm

b Khi mắt điều tiết tối đa thì độ tụ của mắt

- Nếu OCv là hữu hạn thì đó là mắt cận Điểm Cc ở gần mắt hơn bình thường

- Đeo kính sửa tật để nhìn rõ vật ở xa vô cực không cần điều tiết, khi đó ảnh của vật qua kính hiện ở Cv của mắt, sơ đồ tạo ảnh của vật qua kính:

- Nhìn vật AB ở gần nhất qua kính thì ảnh của vật là ảnh ảo hiện ở Cc của mắt, sơ

đồ tạo ảnh của vật qua kính:

Trong đó dck = dcm - l, với dcm là khoảng cách từ vật gần nhất đến mắt, còn được gọi là khoảng cực cận khi đeo kính, d ' = - OC - lck  c  Từ công thức thấu kính và các

dữ kiện đã cho ta suy ra đại lượng cần tìm

* Khi đeo kính có fk  OC - lv tức là kính nặng quá thì hệ mắt cận và kính này nhìn được vật xa vô cực khi có điều tiết nên mắt rất chóng mỏi

Ví dụ 2.1:

Một người nhìn rõ vật ở xa nhất cách mắt 50cm và gần nhất cách mắt 12,5cm

a Mắt người này bị tật gì? Tính độ tụ của kính phải đeo sát mắt để sửa tật

b Khi đeo kính trên thì mắt người đó nhìn rõ những vật nằm trong khoảng nào trước kính

a Điểm cực viễn không ở vô cực nên đây là mắt cận

Tiêu cự của kính phải đeo sát mắt:

Nhận xét: Bài toán cho giới hạn nhìn rõ của một mắt cận thị Yêu cầu tìm độ tụ của kính sửa tật đeo sát mắt và giới hạn nhìn rõ của hệ mắt đeo kính (sửa tật theo cách thông thường là để nhìn vật ở xa)

Ví dụ 2.2 “Bài 7 43”, [2, 89]

Một học sinh do thường xuyên đặt sách cách mắt 11 cm khi đọc nên sau một thời

gian học sinh này không còn nhìn rõ được những vật ở cách mắt hơn 101 cm

a Mắt của học sinh này bị tật gì? Tìm độ tụ của kính phải đeo sát mắt để khắc phục tật đó?

b Xác định khoảng nhìn rõ của mắt khi học sinh này đeo kính để nhìn rõ những vật ở xa vô cùng mà mắt không điều tiết? Biết kính đeo cách mắt 1 cm

Vậy khi đeo cách mắt 1cm thấu kính phân kỳ có độ tụ

Dk2 = -1dp để nhìn vật ở xa vô cùng mà mắt không điều tiết thì khoảng nhìn rõ của người này cách mắt từ 12,11cm đến

∞ hay khi đeo kính trên thì khoảng cực cận và cực viễn mới của mắt người này là 12,11cm và ∞

Nhận xét: Bài toán cho giới hạn nhìn rõ của một mắt cận thị Yêu cầu tìm độ tụ của kính sửa tật đeo cách mắt một khoảng l = 1cm và giới hạn nhìn rõ của mắt đeo kính (sửa tật theo cách thông thường là để nhìn vật ở xa)

* Đeo kính cận L2 để khoảng thấy rõ ngắn nhất là 25cm (bằng khoảng thấy rõ ngắn nhất của mắt bình thường)

' vk2 k2

Vậy sửa tật cận thị theo cách thứ nhất ( đeo kính L1) lợi hơn vì giới hạn nhìn rõ lớn hơn, còn nếu muốn nhìn các vật gần hơn 33,3cm thì chỉ cần tháo kính ra

Nhận xét: Bài toán cho giới hạn nhìn rõ của một mắt cận thị và đưa ra hai cách sửa tật Ta thấy:

- Đeo kính L 1 nhìn được vật ở vô cực không cần điều tiết Đeo kính L 2 để khoảng cực cận bằng khoảng cực cận của mắt bình thường Kính L 2 có số kính nhỏ hơn số kính của kính L 1 : Dk2  Dk1 hay kính L 2 nhẹ hơn kính L 1 nên đeo kính

L 2 chỉ nhìn được vật xa mắt nhất là 100cm chứ không nhìn được vật ở vô cực

- Ta thấy cách sửa thứ nhất lợi hơn ( theo phần so sánh ở trên) vì vậy thường sửa tật theo cách thứ nhất

Ví dụ 2.4 (trích Đề thi Tuyển sinh Đại học Huế - năm 2000)

Một người cận thị có điểm cực viễn cách mắt 50cm và điểm cực cận cách mắt 15cm

a Nếu người ấy muốn nhìn rõ vật ở xa vô cực mà mắt không phải điều tiết thì phải đeo sát mắt thấu kính có độ tụ bao nhiêu? Khi đeo kính đó người ấy nhìn rõ điểm gần nhất cách mắt bao nhiêu?

b Nếu người ấy muốn cho điểm nhìn rõ gần nhất cách mắt 25cm thì phải đeo sát mắt thấu kính có độ tụ bao nhiêu?

Từ hai kết quả tính toán trên rút ra kết luận gi?

ở Cc: dck1’ = - OCc = -15cm, fk1 = -50 cm, nên

' ck1 k1

nên mắt nhìn được vật ở vô cực nhưng phải điều tiết

So sánh hai cách sửa tật:

Đeo kính L1 có thể nhìn rõ vật cách mắt từ 21,4cm đến ∞, nhìn vật ở ∞ mắt không phải điều tiết

Đeo kính L2 có thể nhìn rõ vật cách mắt từ 25cm đến ∞, nhìn vật ở ∞ mắt phải điều tiết nên chóng mỏi

Nhận xét: Bài toán tương tự ví dụ 2.3: cũng cho giới hạn nhìn rõ của một mắt

cận thị và đưa ra hai cách sửa tật Ta thấy:

- Đeo kính L 1 nhìn được vật ở vô cực không cần điều tiết Kính L 2 có số kính lớn hơn số kính của kính L 1 :Dk2  Dk1 hay kính L 2 nặng hơn kính L 1 nên đeo kính L 2 nhìn được vật xa vô cực nhưng phải điều tiết

- Ta thấy đeo kính L 1 lợi hơn ( theo phần so sánh ở trên) vì vậy thường sửa tật theo cách thứ nhất

Qua hai ví dụ 2.3 và 2.4 ta thấy sửa tật cận thị trên thực tế cho mắt cận đeo kính phân kỳ để nhìn rõ vật ở xa không phải điều tiết

Ví dụ 2.5 (Trích Đề thi tuyển sinh Đại học Quốc gia tp Hồ Chí Minh – 1999)

Một người đeo kính có độ tụ D1 = +1dp có thể nhìn rõ các vật cách mắt từ 100

7 cm đến 25cm

a Mắt bị tật gì? Để sửa tật này người ấy phải đeo kính có độ tụ D2 bằng bao nhiêu?

b Khi đeo kính có độ tụ D2 người ấy thấy rõ các vật gần nhất cách mắt bao nhiêu? Kính đeo sát mắt