LUẬN văn sư PHẠM vật lý THIẾT kế tài LIỆU học tập PHẦN QUANG HÌNH học THEO cấu TRÚC KHỐI KIẾN THỨC

Chính vì những lý do trên nên tôi quyết định thực hiện đề tài “thiết kế tài liệu học tập quang học dưới dạng block” nhằm cung cấp cho các sinh viên chuyên ngành Vật lý một loại tài liệu

Trang 2

GVHD: ThS Nguyễn Hữu Khanh Trang 1

Trang 3

Mục lục

Phần 1: Mở đầu Trang 3

1 Lý do chọn đề tài Trang 4

2 Mục đích của đề tài Trang 4

3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu Trang 4

3.1 Đối tượng nghiên cứu Trang 4

3.2 Khách thể nghiên cứu Trang 4

4 Phương pháp nghiên cứu Trang 4

4.1.Phương pháp quan sát Trang 4

4.2 Phương pháp phỏng vấn, điều tra Trang 4

4.3 Phương pháp thực nghiệm tự nhiên Trang 4

4.4 Phương pháp nghiên cứu tài liệu Trang 4

5 Giả thuyết nghiên cứu Trang 5

6 Nhiệm vụ nghiên cứu Trang 5

7 Phạm vi và giới hạn của đề tài Trang 5

8 Tính mới mẻ và giá trị hiện thực của đề tài Trang 5

8.1 Tính mới mẻ Trang 5

8.2 Hướng phát triển của đề tài Trang 5

Phần 2 Nội dung Trang 5

1 Sơ lược về tình hình tự học của sinh viên hiện nay Trang5

2 Đặc điểm các tài liệu học tập của sinh viên hiện nay Trang 5

3 Sơ lược về đề tài Trang 6

3.1 Các loại tài liệu hiện nay có dạng giống như đề tài Trang 6

3.2 Đặc điểm của đề tài Trang 6

3.3 Cấu trúc của đề tài Trang 7

4 Nội dung của đề tài Trang 8

Những định luật cơ bản của quang hình học Trang 9

A Nội dung Trang 9

B Câu hỏi ôn tập Trang 16

Sự phản xạ ánh sáng trên gương Trang 15

C Bài tập tham khảo Trang 26

D Bài tập rèn luyện Trang 29

E Câu hỏi tự đánh giá Trang 31

Khúc xạ ánh sáng Trang 33

Trang 4

Thấu kính mỏng Trang 47

Những sai sót của một quang hệ Trang 62

Mắt và các tật của mắt Trang 70

A Nội dung Trang71

Các dụng cụ quang học Trang 83

5 Kết quả khảo sát thực tế Trang 97

Phần 3 Kết luận Trang 98

Tài liệu tham khảo Trang 99

Trang 5

Phần 1: MỞ ĐẦU

1 lý do chọn đề tài.

Hiện nay chúng ta đang sống trong một thời đại mà công nghệ thông tin phát triểnnhư vủ bảo, một thời đại mà chúng ta có thể dễ dàng tiếp xúc với kho tàng tri thức củanhân loại, một thời đại mà có rất nhiều loại tài liệu để ta học tập và nghiên cứu Tuynhiên để tìm được một tài liệu học tập đầy đủ và hoàn chỉnh thì không dễ dàng một chútnào Vậy đối với sinh viên chuyên ngành Vật Lý có một tài liệu nào giúp cho họ thamkhảo chứa đựng nội dung lý thuyết, các câu hỏi ôn tập, bài tập tham khảo, bài tập rènluyện và chứa đựng những câu hỏi để tự đánh giá? Câu trả lời là không hoặc có nhưngnội dung còn rất hạn chế Chính vì những lý do trên nên tôi quyết định thực hiện đề tài

“thiết kế tài liệu học tập quang học dưới dạng block” nhằm cung cấp cho các sinh viên

chuyên ngành Vật lý một loại tài liệu học tập đáp ứng được các yêu cầu cần thiết với nộidung phong phú

2 Mục đích của đề tài.

- Thiết kế cấu trúc tài liệu theo các thành tố: Nội dung, câu hỏi ôn tập, bài tập thamkhảo, bài tập vận dụng, câu hỏi tự đánh giá

- Xây dựng nội dung theo tiêu chí: trực quang, nội dung phong phú

- Đưa tài liệu lên website

3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu.

3.1 Đối tượng nghiên cứu.

- Một số bài giảng môn Quang Học được thiết kế bằng các phần mềm tin học ứngdụng

3.2 Khách thể nghiên cứu.

- Giảng viên và sinh viên trong dạy và học Quang Học tại trường ĐH Cần Thơ

- Một số bài giảng môn Quang Học

4 Phương pháp nghiên cứu.

4.1.Phương pháp quan sát.

- Quan sát giảng viên và sinh viên trường ĐH Cần Thơ trong quá trình dạy và họctích cực qua một số bài giảng thử nghiệm

4.2 Phương pháp phỏng vấn, điều tra.

- Xây dựng các phiếu điều tra thu thập dữ liệu từ sinh viên về mức độ hiểu bài, khảnăng ứng dụng thực tế, các thói quen tư duy

- Chọn mẫu để điều tra sinh viên và thực hiện việc điều tra đến sinh viên và giảngviên

4.3 Phương pháp thực nghiệm tự nhiên.

- Thiết kế và dạy thử nghiệm một số bài giảng

4.4 Phương pháp nghiên cứu tài liệu.

- Phân tích và tổng hợp tài liệu về các định hướng trong quá trình dạy học

Trang 6

5.Giả thuyết nghiên cứu.

“Thiết kế tài liệu học tập quang hình học dưới dạng block” sẽ đáp ứng nhu cầu

của người học và nâng cao chất lượng dạy và học ở các trường đại học

6.Nhiệm vụ nghiên cứu.

- Nhiệm vụ 1: Thiết kế một số bài giảng môn Quang Học bằng các phần mềm tinhọc ứng dụng

- Nhiệm vụ 2: Thử nghiệm các bài giảng đã thiết kế

- Nhiệm vụ 3: Quan sát lớp học và lấy ý kiến về tác dụng tiếp thu và vận dụngkiến thức của sinh viên qua các bài giảng

7 Phạm vi và giới hạn của đề tài.

- Trong phạm vi một luận văn cử nhân chỉ thực hiện ở trường ĐH Cần Thơ

- Nội dung đề tài chỉ thực hiện trong phần Quang Hình Học của môn Quang Học

8 Tính mới mẻ và giá trị hiện thực của đề tài.

8.1 Tính mới mẻ.

- Đề tài sử dụng phần mềm flash để chuyển tải nội dung và thiết kế các thí nghiệmảo

- Nội dung các bài giảng được đưa lên internet dưới dạng một block

8.2 Hướng phát triển của đề tài.

- Đề tài cần được tiếp tục phát triển hướng đến thiết kế các bài giảng của các mônhọc khác nhằm phục vụ cho công tác giáo dục

Phần 2 NỘI DUNG

1 Sơ lược về tình hình tự học của sinh viên hiện nay.

Hiện nay nhiều trường đại học và cao đẳng trên toàn quốc đã, đang và sẽ chuyểnsang chế độ tín chỉ hóa, với việc thực hiên chế độ tín chỉ hóa này đòi hỏi sinh viên tự học

là chính, thời gian trên giảng đướng của họ sẽ rút ngắn lại đáng kể có thể chỉ bằng mộtnửa so với trước kia Tuy nhiên theo số liệu thống kê của tờ báo trực tuyến Vietnamnetthì thực tế lại hết sức phủ phàng bình quân, số giờ tự học tại nhà của sinh viên cho mỗimôn học chưa đến 3 giờ/tuần Trong đó, có đến 51,2% số sinh viên tự khai có thời gianhọc tại nhà từ 2 giờ trở xuống, 39,3% học từ 1-2 giờ/tuần; 11,9% tự học dưới 1 giờ/tuần.Theo hướng dẫn của các trường ĐH trên thế giới để chuẩn bị tốt cho một tiết học trên lớpthì thời gian làm việc ở nhà tối thiểu phải là 2 giờ, tức 6 giờ/tuần cho một môn học có sốtiết lên lớp là 3 tiết/tuần Điều này cho thấy sinh viên hiện nay vẫn học tập 1 cách thụđộng, chủ yếu dựa vào bài giảng của thầy cô trên lớp

2 Đặc điểm các tài liệu học tập của sinh viên hiện nay.

Hiện nay có rất nhiều loại tài liệu học tập sinh viên có thể tham khảo: Sách giáo khoa,báo, tạp chí, giáo trình, website…Tuy các tài liệu này rất phong phú về nội dung nhưngđôi khi nó làm cho người đọc cảm thấy khó khăn vì những đặc điểm riêng của nó:

· Sách giáo khoa: chứa đựng gần như đầy đủ các phần cần thiết cho người họcnhưng nội dung của nó quá ngắn gọn

Trang 7

· Báo, tạp chí: đây là loại tài liệu phát hành theo định kỳ ưu điểm của nó là ngườiđọc có thể tìm thấy chúng ở nhiều nơi tuy nhiên về mặt kiến thức chuyên ngành nócung cấp cho người đọc là rất hạn chế đôi khi chỉ mang tính chất giới thiệu màkhông đi sâu vào bản chất bên trong, tuy một số tạp chí chuyên ngành (vật lý tuổitrẻ, vật lý thiên văn…) thì có đi sâu vào nội dung bên trong nhưng những kiếnthức đó đôi khi là quá tầm hoặc quá đơn giản đối với người đọc, mặt khác các loạitài liệu nói trên chỉ chứa đựng phần nội dung lý thuyết mà thiếu đi các bài tập vậndụng hay các câu hỏi để người học tự kiểm tra kiến thức.

· Giáo trình là một loại tài liệu rất phổ biến ở các trường đại học, cao đẳng hiện nayđặc điểm của loại tài liệu này là nó chỉ cung cấp cho người học phần nội dung kiếnthức và bài tập rèn luyện đôi khi còn có thêm những bài tập vận dụng, nhưng nhưthế cũng chưa đủ đáp ứng yêu cầu học tập ngày càng phong phú và hiện đại củasinh viên hiện nay

· Các website đây là nơi mà sinh viên thường tham khảo trong qua trình học tập nóchứa đựng một lượng kiến thức rất to lớn tuy nhiên để tìm được một trang webtheo mong muốn thì không hề dễ dàng một chút nào, đôi khi để tìm được đầy đủcác nội dung cần thiết thì phải tham khảo 2, 3 trang web hoặc nhiều hơn nữa điềunày làm cho các bạn sinh viên mất rất nhiều thời gian, công sức và cả tiền bạc.Nói tóm lại các loại tài liệu học tập đã nêu trên chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu học tập củasinh viên hiện nay

3 Sơ lược về đề tài.

3.1 Các loại tài liệu hiện nay có dạng giống như đề tài.

- Sách giáo khoa

- Website (www.onthi.net, www.quanghinh.net,thuvienvatly.com,…)

3.2 Đặc điểm của đề tài.

Đề tài được thiết kế gồm 5 phần: Nội dung, câu hỏi ôn tập, bài tập tham khảo, bàitập vận dung, bài tập kiểm tra

Ø Nội dung: chứa đựng nội dung lý thuyết kèm theo đó là các thí nghiệm ảo sẽ giúpcho sinh viên vừa tham khảo lý thuyết vừa xem được các thí nghiệm, làm cho việchọc thêm trực quan sinh động

Ø Câu hỏi ôn tập: là những câu hỏi giúp cho sinh viên ôn lại các kiến thức kèm theo

đó là nhứng câu hỏi vận dụng kiến thức vào thực tế

Ø Bài tập tham khảo: là những bài tập có kèm theo lời giải để giúp cho sinh viên làm

cơ sở để giải các bài tập khác

Ø Bài tập vận dụng: phần này chúa đựng các bài tập nhưng không kèm theo các lờigiải nhằm giúp cho sinh viên rèn luyện luyện kĩ năng giải bài tập

Ø Câu hỏi tự đánh giá là những câu hỏi trắc nghiệm nó sẽ giúp cho sinh viên kiểmtra lại các kiến thức mình đã nắm và cần phải thay đổi điểu chỉnh ở những điểm

Trang 8

3.3 Cấu trúc cuả đề tài.

Trang 9

4.Nội dung của đề tài

TRANG CHỦ

Trang 10

NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC

Trang 11

A Nội dung.

1 Nguyên lý Ferma – Định lý Ma - Lút

1.1.khái niệm quang trình.

Quang trình (quang lộ) giữa hai điểm A, B trong môi trường có chiết suất n làđoạn đường ánh sáng đi được trong chân không trong cùng một khoảng thời gian t

mà ánh sáng đi được từ A đến B trong môi trường đó

Nếu ánh sáng truyền qua nhiều môi trường có chiết suất lần lượt là n1, n2,

n3,…Với các đoạn đường S1, S2, S3,… Thì quang trình được tính theo công thức

L=n 1. S 1 +n 2. S 2 +n 3. S 3 +….=∑n i S i (1.3)Nếu ánh sáng truyền trong môi trường có chiết suất thay đổi liên tục thì ta chianhỏ đoạn đường này ra đến mức xem như chiết suất được xem như không đổi, khinày quang trình được tính

1.2.Nội dung nguyên lý Ferma.

Trong môi trường cụ thể, ánh sáng truyền từ điểm A sang điểm B sẽ truyền theocon đường có quang lộ là cực trị nghĩa là giữa hai điểm A và B ánh sáng sẽ truyềntheo con đường nào ít mất thời gian nhất, hoặc mất thời gian nhiều nhất, hay truyềntheo những con đường mà thời gian đi là như nhau

- So với tất cả các con đường đi từ

F1 đến gương M2 rồi đến F2 thìcon đường truyền thực F1OF2 củaánh sáng là con đường dài nhất

- Đối với gương M3, conđường thực F1OF2 là con đườngngắn nhất

- Đối với gương êlipxôit M1, có vô

số đường truyền thực của ánh sáng

từ F tới M rồi tới F Các đường truyền này đều bằng nhau

xét hình

Trang 12

1.3 Định lý Ma - Lút

1.3.1 Khái niệm mặt trực giao: là tập hợp các điểm có dao động sáng cùng pha.

Tùy theo dạng hình học khác nhau mặt trực giao sẽ có thể là mặt phẳng, mặt cầu…

Mặt trực giao luôn vuông góc với chùm tia sáng

1.3.2 Nội dung định lý Malus.

Quang lộ của các tia sáng giữa hai mặt trực giao thì bằng nhau

Trang 13

2.2 Vật chắn sáng - Vật trong suốt:

Vật chắn sáng là vật không cho ánh sáng truyền qua

Vật trong suốt là vật để cho ánh sáng truyền qua gần như hoàn toàn Môitrường trong suốt không chứa các chất bẩn và ta không trông thấy vết của các luồngánh sáng truyền trong đó

2.3 Định luật truyền thẳng của ánh sáng:

Trong một môi trường trong suốt và đồng tính, ánh sáng truyền theo đườngthẳng

Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng được vận dụng để giải thích cáchiện tượng: sự xuất hiện vùng bóng đen và vùng nửa tối, nhật thực, nguyệt thực vàứng dụng để ngắm đường thẳng trên mặt đất dùng các cọc tiêu…

Trang 14

3.Định luật phản xạ ánh sáng.

3.1 Hiện tượng phản xạ ánh sáng: Hiện tượng tia sáng bị đổi hướng, trở lại môi

trường cũ khi gặp một bề mặt nhẵn gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng

Bề mặt nhẵn này có thể là mặt của một vật hay mặt phân cách giữa hai môitrường trong suốt khác nhau

Trang 15

phân cách Ta sẽ thấy có một phần chùm tia sáng đi xuyên vào trong nước; nhưng tạiđiểm tới I, tia sáng bị gẫy khúc Hiện tượng này gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.Tia sáng đi trong nước gọi là tia khúc xạ (IK).

Hiện tượng khi ánh sáng truyền qua một mặt phân cách giữa hai môi trườngtrong suốt, tia sáng bị gẫy khúc (đổi hướng đột ngột) ở mặt phân cách gọi là hiệntượng khúc xạ ánh sáng

4.2 Nội dung định luật khác xạ ánh sáng.

Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới, tia tới và tia khúc xạ ở hai bên đường pháptuyến Tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một hằng số đối với hai môi trườngcho trước

211

2

sin

n n

n r

i, r lần lượt là góc là góc tới và góc khúc xạ

n1,n2 lần lượt là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1 và 2

n21 là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1

*Chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất của nó đối với chânkhông

Vì chiết suất của không khí xấp xỉ bằng 1, nên không cần tính chiết suất tuyệtđối của nó

Dựa vào thuyết về bản chất sóng của ánh sáng mà Huyghen đề ra, người ta đãchứng minh được rằng: Chiết suất tuyệt đối của các môi trường trong suốt tỉ lệnghịch với vận tốc truyền của ánh sáng trong các môi trường đó

Vậy giữa chiết suất tỉ đối n21 của môi trường 2 đối với môi trường 1 và cácchiết suất tuyệt đối n2 và n1 của chúng có hệ thức sau:

1

2 21

(1.5)

Trang 16

thay đổi được Tia SH đến gặp mặt gương G ở điểm I Nó bị phản xạ trở lại gặp mặtnước ở J Tại đó, một phần chùm tia sáng bị phản xạ (tia JR) và một phần khúc xạ rangoài không khí (tia JK)

Ta có thể quan sát được đường đi của các tia IJ, JR và JK bằng cách cho chúng

đi là là mặt của một bảng gỗ nhỏ sơn trắng Tăng dần độ nghiêng của gương G: góctới i của tia tới IJ trên mặt phân cách cũng tăng dần Kết quả, ta thấy như sau:

+ Khi góc tới i còn nhỏ thì tia khúc xạ JK rất sáng còn tia phản xạ JR rất mờ.+ Khi góc tới i tăng lên thì góc khúc xạ r cũng tăng nhưng r luôn luôn lớn hơn

i Đồng thời, ta thấy tia phản xạ sáng dần lên còn tia khúc xạ mờ dần đi

+ Khi góc tới i đạt tới một giá trị nào đó (mà ta gọi là góc giới hạn phản xạtoàn phần: thì góc khúc xạ r = 900 Lúc đó tia khúc xạ đi là là mặt phân cách và rất

mờ, còn tia phản xạ rất sáng

+ Nếu tiếp tục tăng i sao cho i > ighthì sẽ không còn tia khúc xạ nữa Toàn bộtia tới bị phản xạ Do đó tia phản xạ sáng như tia tới Đó là hiện tượng phản xạ toànphần

2.2 Góc giới hạn xảy ra phản xạ toàn phần.

Khi chưa xẩy ra phản xạ toàn phần, ta có:

21 1

2

sin

n n

n r

và sinigh = 1/n1

5.3.Điều kiện để có phản xạ toàn phần

Trước hết, hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ có thể xảy ra trên mặt phân cáchgiữa hai môi trường trong suốt khi tia sáng truyền theo chiều từ môi trường chiếtquang hơn (có chiết suất lớn hơn) sáng môi trường chiết quang kém (có chiết suấtnhỏ hơn)

Chẳng hạn có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi tia sáng truyền theochiều từ nước sang không khí, từ thuỷ tinh sang không khí, từ thuỷ tinh sang nướcv.v…

Trang 17

Ngoài ra, góc tới của tia sáng trên mặt phân cách phải lớn hơn hoặc bằng gócgiới hạn phản xạ toàn phần Khi i = igh thì hiện tượng phản xạ toàn phần bắt đầu xảyra.

5.4 Ứng dụng.

C Lăng kính phản xạ toàn phần: Lăng kính phản xạ toàn phần là một khối thuỷtinh hình lăng trụ đứng, có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân ABC

C Ảo giác: Đó là hiện tượng quang học xảy ra trong khí quyển do có sự phản

xạ toàn phần của tia sáng trên mặt phân cách giữa lớp không khí lạnh (có chiết suấtlớn) và lớp không khí nóng (có chiết suất nhỏ)

C Sợi quang học: Hiện tượng phản xạ toàn phần được ứng dụng trong các sợiquang học Sợi quang học là những sợi bằng hợp chất trong suốt, dễ uốn, có thànhnhẵn, hình trụ Một tia sáng đi vào bên trong sợi ở một đầu sẽ bị phản xạ toàn phầnnhiều lần liên tiếp ở thành trong của sợi, rồi ló ra khỏi sợi ở đầu bên kia Như vậy, sợiquang học đóng vai trò như một “ống dẫn ánh sáng” Sợi quang học có nhiều ứngdụng trong khoa học và kĩ thuật hiện đại, cũng như trong y học

Trang 18

B Câu hỏi ôn tập.

1 Trong môi trường chiết suất thay đổi theo tọa độ như vậy thì tia sáng sẽ bị uốncong về phía tăng hay giảm chiết suất?

2 Thế nào là môi trường trong suốt, đồng chất và đẳng hướng?

3 Xét xem điều gì sẽ xảy ra khi một tia sáng đi trong môi trường có chiết suất thayđổi theo thời gian?

4 Thế nào là phản xạ toàn phần? Nêu điều kiện để có phản xạ toàn phần

5 So sánh phản xạ toàn phần và phản xạ thông thường

6 Cáp quang là gì? Hãy cho biết cấu tạo của cáp quang

Trang 19

PHẢN XẠ ÁNH SÁNG

Trang 20

PHẢN XẠ ÁNH SÁNG TRÊN GƯƠNG

1.vật và ảnh.

- Vật thật: đứng trước quang hệ, phát ra chùm tia phân kỳ truyền đến quang hệ

- Vật ảo: đứng sau quang hệ, là ảnh của một vật nào đó, nó được tạo thành dochùm tia hội nhưng chưa hội tụ do gặp một quang hệ mới

- Ảnh thật : được tạo ra bởi chùm tia ra khỏi hệ là chùm hội tụ

+ Đối với hệ phản xạ thì ảnh thật ở phía trước hệ+ Đối với hệ truyền thì ảnh thật ở phía sau hệ

- Ảnh ảo: được tạo bởi chùm tia ra khỏi hệ là chum tia phân kỳ

+ Đối với hệ phản xạ thì ảnh ảo ở phía sau hệ+ Đối với hệ truyền thì ảnh ảo ở phía trước hệ

2.Gương phẳng.

2.1.Định nghĩa: Gương phẳng là một mặt phẳng nhẵn có khả năng phản xạ gần

như hoàn toàn ánh sáng chiếu tới

2.2 Sự tạo ảnh qua gương phẳng.

2.2.1 Ảnh ảo qua gương phẳng.

- Xét một nguồn sáng điểm

S, phát ra một chùm sáng phân

kỳ chiếu tới mặt phản xạ củamột gương phẳng Dựa vàođịnh luật phản xạ ánh sáng tachứng minh được chùm phản

xạ cũng là một chùm phân kỳ.Đặt mắt sao cho chùm phản xạ

từ gương lọt vào mắt ngắm tathấy chùm sáng này dường nhưđược phát ra từ một điểm S’trong gương, về mặt hình họcS’ là điểm đồng quy của tất cả

Trang 21

các đuờng kéo dài của chùm tia phản xạ S’ gọi là ảnh của S qua gương phẳng.

Ảnh S’ này có đặc điểm là không thể hứng được nhờ một màn hứng E nào đó người ta gọi loại ảnh có tính chất đó là ảnh ảo

Nếu vật tạo ảnh là một vật sáng có kích thước thì ảnh của vật chính là tập hợpcủa tất cả các điểm ảnh của các điểm trên vật qua gương phẳng

2.2.2 Ảnh thật qua gương phẳng.

Giả sử tồn tại một chùm hội tụ chiếutới bề mặt của một gương phẳng (Chúý: điểm hội tụ S chỉ là tưởng tượng nằmtrong gương nó là điểm đồng quy củacác tia tới theo chiều truyền ánh sáng -Điểm này gọi là vật ảo đối với gương).Dùng định luật phản xạ ánh sáng ta cóthể chứng minh được rằng chùm tiaphản xạ cũng là một chùm hội tụ

Dùng một màn ảnh E hứng lấy điểm hội tụ S’ - S’ gọi là ảnh thật của vật ảo Squa gương

2.3 Tính chất của ảnh qua gương phẳng.

Ảnh qua gương phẳng có những tính chất sau đây:

o Ảnh và vật luôn luôn trái bản chất (vật thật cho ảnh ảo, vật ảo cho ảnh thật)

o Ảnh luôn đối xứng với vật qua gương

o Ảnh có hình dạng và kích thước giống hệt vật khi gương quay một góc a thìtia phản xạ quay một góc 2a

Trang 22

2.4 Thị trường của gương phẳng.

2.4.1 Định nghĩa thị trường của gương: Thị trường của một gương là khoảng

không gian trước gương mà nếu đặt vật trong đó ta luôn có thể nhìn thấy ảnh của nóqua gương

2.4.2 Thị trường của gương phẳng.

Xét một điểm sáng M đặt trước một gương phẳng Chùm tia tới phát ra từ Mchiếu tới gương cho chùm phản xạ là chùm phân kỳ có dạng hình nón cụt Ta thấynếu đặt mắt ở bất kỳ vị trí nào trong vùng nón của chùm phản xạ từ gương ta luônnhìn thấy ảnh của M qua gương

Theo nguyên lý thuận nghịch chiều truyền ánh sáng nếu đặt mắt tại M thì mọi vậtđặt trong vùng nón đó đều cho tia phản xạ qua gương hội tụ tại M Nói cách khácmọi vật đặt trong vùng nón này ta đều quan sát được ảnh của nó khi đặt mắt tại M.Vùng nón đó gọi là thị trường của gương phẳng

2.5 Công thức gương phẳng

2.5.1 Công thức liên hệ giữa vật và ảnh:

Nếu gọi d là khoảng cách từ vật tới gương, d’ là khoảng cách từ ảnh của vật tớigương thì ta có:

2.5.2 Công thức về sự dịch chuyển của vật và ảnh.

Nếu vật dịch lại gần hay ra xa gương một đoạn L thì ảnh cũng dịch lại gần hay ra

xa gương một đoạn L

Khi vật dịch lại gần hay ra xa gương một đoạn L thì khoảng cách giữa chúng sẽgiảm hoặc tăng một lượng 2L

3.Gương cầu.

3.1 Định nghĩa: gương cầu là mặt cầu hay một phần mặt cầu phản xạ ánh sáng.

Thông thường chỉ là một phần chỏm cầu

Có hai loại gương cầu:

- Gương cầu lõm: là loại gương cầu có mặt phản xạ hướng vào tâm C của gương

Trang 23

- Gương cầu lồi: là loại gương cầu có mặt phản xạ hướng ra ngoài tâm C củagương.

3.2 Công thức gương cầu.

quá trình tạo ảnh.

R d d

2 1 1

' =

Hay

f d d

111

F Gương lồi f, R < 0 F Gương lõm f, R > 0

Khi nguồn sáng ở xa vô cực : d ®¥ thì d’=R = f

2 , ảnh trùng với tiêu điểm F,ngược lại d’®¥ thì d = R = f

2 tức là vị trí của nguồn điểm ngay tiêu điểm Khi nguồn sáng SºC tức là d = 2f = RÞ d’= 2f = R Ảnh cùng vị trí với vật

3.3.Độ phóng đại của ảnh.

Ảnh của vật qua gương cầu có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn vật tùy theo loại gương

và khoảng cách từ vật đến gương, nhưng nói chung là khác với kích thước của vật

Ta có công thức tính độ phóng đại của ảnh

d

d y

Trang 24

K < 1 ảnh nhỏ hơn vật

3.4.Các dựng ảnh qua gương cầu.

u Tia tới song song với trục chính cho tia phản xạ (hay đường kéo dài của nó) điqua tiêu điểm chính

v Tia tới (hay đường kéo dài của nó) đi qua tiêu điểm chính, cho tia phản xạsong song với trục chính

w Tia tới (hay đường kéo dài của nó) đi qua tâm C cho tia phản xạ ngược trở lạitheo phương cũ

x Tia tới qua đỉnh O của gương, cho tia phản xạ đối xứng với tia tới qua trụcchính

Tia tới có phương bất kỳ thì phải vẽ trục phụ song song với tia tới, khi đó tiaphản xạ đi qua tiêu điểm của trục phụ vừa vẽ

3.5.Thị trường của gương cầu.

Thị trường của gương là khoảng không gian ở phía trước gương, nếu ta đặt vật ởtrong khoảng không gian này thì mắt sẽ nhìn thấy ảnh của nó qua gương

Góc đỉnh hình chóp θ đặc trưng cho thị trường

Thị trường của gương còn phụ thuộc vào: loại gương, kích thước gương, vị trígiữa quan sát viên và gương

3.6 Ứng dụng của gương cầu.

Gương cầu lõm dùng để thu ảnh các vật ở xa, như các thiên thể, hiện trên mặtphẳng tiêu của gương Các gương cầu với bán kính mở lớn cho ảnh với phẩm chất tốt

mà việc chế tạo các gương như vậy tương đối không phức tạp bằng việc chế tạo cácthấu kính có công dụng tương đương Vì vậy, trong các kính thiên văn lớn, người tadùng gương thay cho thấu kính

Gương cầu lõm còn dùng để tập trung năng lượng của ánh sáng mặt trời trongcác pin mặt trời, bếp mặt trời…

Trang 25

7 Vị trí tương đối giữa vật và ảnh.

@Vật thật: Ngoài OF cho ảnh thật

ngược chiều với vật Trong OF cho

ảnh ảo cùng chiều lớn hơn vật

@Vật ảo: luôn cho ảnh thật, cùng

chiều và nhỏ hơn vật

@Vật thật: luôn cho ảnh, cùngchiều, nhỏ hơn vât

@Vật ảo: Trong khoảng OF choảnh thật cùng chiều và lớn hơn vật

Ngoài khoảng OF cho ảnh ảo ngượcchiều với vật

Pin mặt trời

Trang 26

1 Đối với gương phẳng, tiêu cự của nó là gì? Độ phóng đại của ảnh là bao nhiêu?

2 Gương chiếu hậu thường dùng trên ôtô tải ôtô buýt thường là gương gì? Tại sao

3 Sự định vị ảnh có thay đổi không khi một thấu kính phẳng – lồi được quay hướngngược lại sao cho nó là một thấu kính lồi – phẳng? Giải thích

4 Với những điều kiện như thế nào đối với gương cầu (có thể lõm hay lồi) để tạonên:

b Một ảnh thật

c Một ảnh ngược chiều, một ảnh nhỏ hơn vật

Trang 27

C Bài tập tham khảo

1 Ánh sáng mặt trời nghiêng 600 so với mặt phẳng ngang Hỏi phải bố trí một gươngphẳng như thế nào để được một chùm tia phản xạ thẳng đứng?

Giải

a Xét tia phản xạ hướng từ dưới lên như hình vẽ :

SIR’ = i + i’ = 2i’

=

Þ a i

Vậy gương phải đặt nghiêng 150 so với mặt phẳng nằm ngang

b Xét tia phản xạ hướng từ trên xuông dưới như hình vẽ:

SIR’ = i + i’ = 2i’

SIR = 900 + 600 = 1500

0

75'=

=

Þ a i

2 Điểm sáng S nằm trên trục chính của một gương lõm Nếu S di chuyển vuông gócvới trục chính một đoạn 1cm thì ảnh di chuyển ngược chiều một đoạn 2cm Nếu S dichuyển theo trục chính đến gần gương một đoạn 15cm thì ảnh sẽ dời xa gương120cm

a Tính bán kính cong của gương

b Một người đứng trước gương nhìn thấy ảnh ảo của người đó cách mình 90cm.Tính khoảng cách từ người đến gương

f d f

;2

32

-=

15 2

3 15

2 =d- = f

-d

1203

R

i

R N

S

I

α

Trang 28

30

30315

23

152

31203

ữứ

ửỗ

ố

ổ

-=+ị

-=

f

f f

a Xác định quỹ đạo chuyển động của vật khi g-ơng quay

b Tính chiều dài quỹ đạo trên

Giải

1) Gọi S1 là ảnh của S qua g-ơng tr-ớc

khi g-ơng quay Do S và S1 đối xứng nhau qua

g-ơng nên:

SO = S1O = SH 2 + OH 2 = 1 , 5 2 + 0 , 5 2 = 1 , 58 m= const

Mặt khác khi g-ơng quay góc a quanh bản

lề O thì tia tới g-ơng SO không thay đổi nên

tia phản xạ của nó quay góc b = 2a = 1200

Vậy ảnh của vật qua g-ơng chuyển động trên

H

b a

S

S S

A K O

Trang 29

một đoạn IA = d Đặt nằm ngang tại O một tấm kính L, quan sátviên phải quay tấm kính một góc a quanh một trục nằm ngang điqua A thì mới thấy ảnh P'' của đỉnh ngọn cây P cho bởi sự phảnxạ trên tấm kính, ở trên cùng một ph-ơng với P'.

a Tính chiều cao H của cây theo h, d, a và q với tgq =

Tấm kính đặt trên cửa sổ có tác dụng nh- một g-ơng phẳng

Do quan sát viên nhìn thấy ảnh P''của ngọn cây P qua tấmkính và ảnh P' qua vũng n-ớc trên cùng một ph-ơng nên tia sáng

từ đỉnh ngọn cây P tới tấm kính và vũng n-ớc phản xạ theo cùngmột ph-ơng

Khi đó nếu coi vũng n-ớc và tấm kính là

hai vị trí của một g-ơng thì ánh sáng từ P tới

hai vị trí đặt g-ơng cho tia phản xạ không đổi

Theo định lý g-ơng quay (định lý đảo): Tia

tới g-ơng phải quay góc 2a

OI I Oˆ P sin

hay:

a

= q + a

OI )) ( 2 180

OI ) (

2

sin

PI

OI 2 sin

) ( 2 sin

PI

a

q + a

=

Trong DPHI ta có:

PH = PI.cosq = OI

2 sin

) ( 2 sin a

q + a

.cosq = OA

2 sin

) ( 2 sin a

q + a

Vậy chiều cao H của cây:

H = h

2 sin

) ( 2 sin a

q + a

a

P'

I H

q

2a

P

O A

q

h d

Trang 30

H = 12 114 , 16 m

) 3 2 sin(

) 45 3 ( 2 sin

+

Trang 31

D Bài tập rèn luyện.

1 Một người cao 1,7m đứng soi gương Gương phẳng đặt trong mặt phẳng thẳng đứng.Mắt người cách mặt đất 1,6m

a Tính chiều cao tối thiểu của gương để người này nhìn thấy ảnh toàn thân

b Trong điều kiện câu a, thành dưới phải đặt cách mặt đất bao nhiêu?

c Hai kết quả trên có phụ thuộc vào khoảng cách người gương hay không? ĐS: a.ĐS: a 0,85cm; b 0,80cm

2 Hai gương phẳng quay mặt phản xạ vào nhau và hợp với nhau một góc α Tiếtdiên vuông góc với một cạnh chung là một tam giác cân AOB Điểm sáng S đượcđặt giữa trung điểm của AB Xác định a để mọi tia sáng chỉ phản xạ một lần rồi

ra khỏi tam giác AOB

ĐS: a ³1200

3 Hai gương phẳng quay mặt phản xạ vào nhau và hợp với nhau một góc a =600 Điểmsáng A được đặt bên trong góc a , giữa hai gương

a Xác định số ảnh của A tạo bởi hai gương Các ảnh này có vị trí như thế nào?

b Vẽ đường đi của một chùm tia sáng hẹp từ A phản xạ hai lần trên gương

ĐS f = 40cm

9 Ảnh của một vật đặt vuông góc với trục chính và phía trước một gương cầu và lớn hơn vật 3lần Nếu dịch chuyển gương cầu lại gần vật thêm 48cm thì ảnh lúc này lớn hơn vật 5 lần tính

Trang 32

ĐS± 24cm

10 Một vật AB đặt vuông góc với trục chính của một gương cầu, có R = 40cm, cho ảnh

A1B1 Dịch chuyển AB 5cm về phía gương thì ảnh của nó bây giờ là

2

1 1 2 2

B A B

A =

a Gương loại gì? Giải thích

b Xác định vị trí ban đầu của AB

ĐS a Gương lõm; b 15cm

11 Cho gương lõm có tiêu cự 20cm Vật nhỏ AB vuông góc với trục chính cho ảnh thật

A1B1 Dịch chuyển vật lại gần gương thêm 20cm thì ảnh ở vị trí mới Ảnh A2B2 cách

a Tia sáng tới gương cầu trước

b Tia sáng tới gương phẳng trước

ĐS a Ảnh thật cách gương cầu 100cm

b Ảnh thật cách gương cầu 54,6cm

13 Một gương lõm M1 có tiêu cự f = 30cm Một vật phẳng nhỏ AB cao 1cm đặt trên trụcchính, vuông hóc với trục chính, cách gương 0,9m

a Xác định độ lớn của ảnh A’B’ của vật cho bởi gương

b Một gương cầu lồi M2 nhỏ hơn M1 nhiều, đặt trước M1 36cm sao cho trục chínhcủa hai gương trùng nhau và mặt phản xạ của chúng hướng vào nhau Các tia sáng

đi từ vật phản xạ trên M1 và sau đó là trên M2và tạo một ảnh A”B” của vật Biếtảnh A”B” này là ảnh thật ở đúng trên M1, hãy xác định bán kính cong của M2

ĐS a d’1 = 45cm, k1 = 0,5cm; b R2 = 24cm

14 Vật sáng AB dặt vuông góc với trục chính của một gương cầu (G) sẽ có ảnh ngượcchiều, lớn gấp 3 lần AB Nếu tịnh tiến AB vè phía gương thêm 14cm thì ảnh lại cùngchiều và lớn gấp 4 lần AB

a Xác định tiêu cự của gương cầu

b Thay vật sáng AB bằng điểm sáng S nằm trên trục chính Đặt thêm một gươngphẳng (M) vuông góc với trục chính của gương cầu cách gương cầu 75cm (haigương quay mặt phản xạ vào nhau) Xác định vị trí của S đối với gương cầu đểmọi tia sáng phát ra từ S sau khi lần lượt phản xạ trên (G) và (M) lại quay trở về S

ĐS a f = 24cm b d = 30cm

Trang 33

E Câu hỏi tự đánh giá.

Câu1 Câu nào sai khi nói về vật và ảnh qua gương phẳng :

a Vật và ảnh luôn đối xứng nhau qua gương

b Vật và ảnh có kích thước bằng nhau

c Vật và ảnh luôn cùng một phía với gương

d Vật thật cho ảnh ảo và ngược lại

Câu 2 Dùng một gương phẳng để chiếu tia sáng từ Mặt Trời xuống

đáy giếng sâu, thẳng đứng Biết các tia sáng từ Mặt Trời nghiêng

300 so với mặt đất Góc α giữa gương và mặt phẳng nằm ngang là :

a 250

b 450

c 900

d 300

Câu 4 Tìm phát biểu sai về gương cầu :

a Gương cầu là một phần mặt cầu phản xạ tốt ánh sáng

b Gương cầu lõm có quang tâm nằm phía trước mặt phản xạ

c Gương cầu là trường hợp đặc biệt của gương phẳng khi bánkính cong không còn là ∞

d Gương cầu lồi có quang tâm nằm phía sau mặt phản xạ

Câu 5 Ảnh của vật thật qua gương cầu lõm :

a luôn cho ảnh thật cùng chiều và lớn hơn vật

b luôn cho ảnh thật ngược chiều và nhỏ hơn vật

c luôn cho ảnh ảo cùng chiều và lớn hơn vật

d có thể cho ảnh thật, cùng chiều lớn hơn hoặc ảnh ảongược chiều lớn hơn hay nhỏ hơn vật

Câu 6 Ảnh của một vật ảo qua gương cầu lồi :

a luôn cho ảnh thật, cùng chiều nhỏ hơn vật

b luôn cho ảnh thật, ngược chiều nhỏ hơn vật

c luôn cho ảnh ảo, cùng chiều lớn hơn vật

d có thể cho ảnh thật ngược chiều, lớn hơn hay nhỏ hơn vậthoặc ảnh ảo cùng chiều, lớn hơn vật

Trang 34

Câu 7 Vật thật nằm trong khoảng nào trước gương cầu lõm để cho

ảnh thật, nhỏ hơn vật :

a 0 ≤ d ≤ f

b f < d ≤ ∞

c f < d < 2f

d 2f ≤ d ≤ ∞

Câu 8 Một gương cầu lõm tiêu cự f = 20cm Vật sáng AB đặt trước

gương cho ảnh cùng chiều cách vật 75cm Khoảng cách từ vật đếngương bằng :

a 75cm

b 30cm

c 15cm

d 60cm

Câu 9 Vật sáng AB = 2cm đặt vuông góc với trục chính của một

gương cầu lõm f = 30cm cho một ảnh trước gương A’B’ = 6cm Vật đặtcách gương :

a 40cm

b 50cm

c 25cm

d 30cm

Câu 10 Vật sáng AB đặt trước gương cầu cho ảnh cùng chiều nhỏ

hơn vật 4 lần và cách vật 75cm Tiêu cự f của gương là :

a – 20cm

b +40cm

c +30cm

d – 30cm

Trang 35

KHÚC XẠ ÁNH SÁNG

Trang 36

và chiết suất là hai đại lượng đặc trưng cho lăng kính

2 Các công thức cho bởi lăng kính.

A: Góc chiết quang của lăng kính

n: Chiết suất lăng kính

AB, AC mặt bên lăng kính

D= i1 + i2 – A (3.4)

Dmin = 2i – A (3.5)

Góc D đạt giá trị cực tiểu i1= i2= i, thì Dmin = 2i – A khi đó tia tới SI và tia ló

JR đối xứng nhau qua mặt phẳng phân giác góc chiết quang A của lăng kính

Công thức trên cho thấy Dmin chỉ phụ thuộc vào A và n Nó là một đặc trưngquan trọng của lăng kính

Nếu đo được Dmin và A, ta sẽ tính được n Đó là cơ sở của phép đo chiết suấtcác chất rắn và chất lỏng bằng giác kế (máy đo góc)

i r1 r2 i2

n

Trang 37

Nếu lăng kính có góc chiết quang A nhỏ thì góc lệch D không phụ thuộc vàogóc tới i Công thức (3.6).

2 Đường đi của tia sáng qua lăng kính.

Thực ra, chiết suất của một lăng kính nhất định đối với những tia sáng có màukhác nhau thì khác nhau ở đây, ta chỉ xét đường đi của một tia sáng đơn sắc (có mộtmầu nhất định) qua lăng kính Đối với tia này, lăng kính có một chiết suất nhất định

Ta xét trường hợp n > 1 và tia tới từ phía đáy lăng kính đi lên

Một đặc điểm rất quan trọng của sự truyền ánh sáng qua một lăng kính (có n >1), là: sau khi qua lăng kính, hướng của tia ló bị lệch về phía đáy của lăng kính so vớihướng của tia tới Đó là vì: khi khúc xạ tại điểm I, tia khúc xạ IJ đã bị lệch về phíađáy BC; tiếp đó, khi khúc xạ tại điểm J, tia ló JR lại bị lệch thêm về phía đáy BC

Ta gọi góc lệch D giữa tia ló và tia tới là góc phải quay tia tới SI để nó trùng

về phương và chiều với tia ló JR

3.Tính chất của ánh sáng khi đi qua lăng kính.

- Tia sáng bị lệch về phía đáy của lăng kính

- Do hiện tượng tán sắc ánh sáng nếu chùm sáng có nhiều thành phần khi truyềnqua lăng kính đều bị tách thành những chùm tia đơn sắc có góc lệch khác nhau

- Nếu ánh sáng qua lăng kính là ánh sáng trắng thì sau đi ra khỏi lăng kính tanhận được chùm tia đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím, trong đó tia tím

bị lêch nhiều nhất, tia đỏ bị lệch ít nhất

Trang 38

KHÚC XẠ QUA MẶT CẦU.

1.Công thức mặt cầu khúc xạ.

Ta xét sự khúc xạ của hai tia sau: tia đặc biệt PO truyền thẳng, dọc theo trụcchính và tia PM đi gần trục chính gặp mặt cầu tại điểm M dưới góc tới i, khúc xạ quamặt cầu dưới góc khúc xạ i’ và cắt tia PO tại P’, P’ là ảnh của P qua mặt cầu Chọn

chiều dương là chiều truyền ánhsáng, góc là đỉnh O

Đặt d =OP, d ' OP= ', R=OC

Ta có công thức khúc xạ qua mặtcầu

R

n n d

n d

2.Độ tụ, tiêu cự, tiêu điểm của mặt cầu khúc xạ.

- Độ tụ đặc trưng cho khả năng khúc xạ nhiều hay ít và được ký hiệu là F

R n f

nR f

-

' + =

d

f d

n’

Trang 39

Đặt vật AB trước mặt cầu thì ta thu được ảnh A’B’ của vật có độ phóng đại đượctính theo công thức.

d

d n

n y

y '.'

B

A’

B’

Trang 40

1 Chiết suất tỉ đối n21 của môi trường 2 đối với môi trường 1 là gì?

2 Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là gì? Viết hệ thức lien hệ giữa chiết suất

tỉ đối và chiết suất tuyệt đối

3 theo công thức định luật khúc xạ ánh sáng trường hợp nào không có hiện tượngkhúc xạ ánh sáng?

4 Thế nào là tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng? Chứng tỏ:

12 21

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	6,63 MB