SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC

MỤC LỤC HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC KÍNH LÚP-KÍNH HIỂN VI- KÍNH THIÊN VĂN MỤC LỤC .... Các bài tập về mắt và các dụng cụ quang học cho ta thấy rõ được điều đó,

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI

Đơn vị:Trường THPT Thống Nhất A

Mã số:

(Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi)

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT

VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC

Người thực hiện: NGUYỄN THỊ THỦY NGÂN

Lĩnh vực nghiên cứu:

- Lĩnh vực khác: 

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

1 Họ và tên: NGUYỄN THỊ THỦY NGÂN

2 Ngày tháng năm sinh: 17 – 12 - 1982

3 Nam, nữ: Nữ

4 Địa chỉ: Hòa Bình – Đông Hòa – Trảng Bom – Đồng Nai

5 Điện thoại: 0909845600 (CQ)/ 061.3864.198

7 Chức vụ: Giáo Viên

9 Đơn vị công tác: Trường THPT Thống Nhất A – Trảng Bom –Đồng Nai

II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO

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

- Năm nhận bằng: 2005

- Chuyên ngành đào tạo: Vật Lý

III KINH NGHIỆM KHOA HỌC

- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Giảng dạy môn Vật Lý

- Số năm có kinh nghiệm: 10 Năm

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

HỆ THỐNG BÀI TẬP QUANG HÌNH HỌC (2013 – 2014)

MỤC LỤC

HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC

(KÍNH LÚP-KÍNH HIỂN VI- KÍNH THIÊN VĂN)

MỤC LỤC Trang 1

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 2

II CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 2

III TỔ CHỨC THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP 3

A TÓM TẮT LÍ THUYẾT 3

B HỆ THỐNG BÀI TẬP 7

Chủ đề 1 : Mắt và các tật của mắt 7

Dạng 1: Xác định các đặc trưng cơ bản của mắt 7

Dạng 2: Mắt cận thị 11

Dạng 3: Mắt viễn và mắt lão………… ………… 16

Chủ đề 2 : Các loại kính 25

Dạng 1: Kính lúp 25

Dạng 2: Kính hiển vi 31

Dạng 3: Kính thiên văn……… ………… 38

IV HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI 49

V ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG 49

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

Tên SKKN: “HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG”

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

+ Quang học là phần quan trọng trong vật lý, trong chương trình lớp 11 chỉ đề cập đến phần quang hình học, trong đó dùng phương pháp hình học và các định luật cơ bản của quang học để giải các hiện tượng quang học Ở phần này có nhiều hiện tượng liên quan đến đời sống thực tiễn được giải thích dựa vào việc giải các bài tập quang học

+ Ngày nay, các dụng cụ quang dùng trong khoa học và trong đời sống rất đa dạng Các dụng cụ này đều áp dụng các hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng Các bài tập

về mắt và các dụng cụ quang học cho ta thấy rõ được điều đó, từ đó giúp các em học sinh giải thích được nhiều hiện tượng trong cuộc sống đồng thời hiểu rõ hơn về cấu tạo, hoạt động của mắt, các dụng cụ quang học Để phần nào giúp học sinh ứng dụng tốt các

kĩ năng giải bài tập quang hình học mà học sinh đã được giảng dạy trong đề tài : “Hệ

thống bài tập quang hình học” vào thực tế, tôi viết tiếp đề tài :” HỆ THỐNG BÀI TẬP

VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG” nhằm góp phần giúp các em có thêm mối

liên hệ với thực tế, tăng thêm sự tự tin trong việc giải các bài tập vật lý từ đó ngày càng yêu thích bộ môn vật lí hơn Đồng thời đây cũng là tài liệu giúp đỡ tôi trong việc giảng dạy phần quang hình học một cách có hệ thống hơn

+ Ở đề tài “Hệ thống bài tập quang hình học” tôi đã hệ thống một số bài tập về lăng

kính và thấu kính nên ở đề tài này tôi không trình bày phần dụng cụ: Lăng kính và Thấu kính mà chỉ viết thêm các dụng cụ: Kính lúp, Kính hiển vi và Kính thiên văn

II CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

1 Cơ sở lý luận:

+ Các bài tập về mắt và các dụng cụ quang học (kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn) thực chất là các bài toán về hệ thấu kính Do đó, cách giải các dạng toán này cũng tương tự như hệ thấu kính Vì vậy, tôi viết tiếp đề tài này nhằm giúp học sinh vận dụng tốt các kiến thức về hệ thấu kính

+ Đồng thời khi giải các bài tập trong đề tài này sẽ giúp học sinh tìm hiểu rõ hơn cấu tạo của mắt, các tật của mắt, cấu tạo của các loại kính Từ đó, học sinh sẽ biết cách bảo

vệ chăm sóc mắt tốt hơn và biết cách sử dụng các loại kính trong đời sống

+ Giúp các em ôn tập, vận dụng tốt các kiến thức toán học (hình học, các công thức

lượng giác…) để giải quyết các bài toán vật lý

2 Thực tiễn:

+ Phần quang học là phần cuối của chương trình vật lí lớp 11, nên phần mắt và các loại kính thường được giảng dạy sau khi thi học kì II Do đó, học sinh thường không hứng thú khi học phần này

3 Giải pháp thay thế:

+ Đầu tư tìm tòi các dạng bài tập Vật Lý hay, các bài tập có liên quan đến thực tế trong phần này để học sinh hứng thú hơn trong việc tiếp cận kiến thức

+ Chỉ rõ cho học sinh nắm vững một số phương pháp hay trong việc giải bài tập vật

lí ở phần quang học

BM03-TMSKKN

III TỔ CHỨC THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP

PHẦN A: TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I Mắt :

1 Các bộ phận: Bộ phận chính của mắt là một thấu kính hội tụ, trong suốt, mềm, gọi là

thể thuỷ tinh (5) Độ cong của hai mặt thuỷ tinh thể có thể thay đổi được nhờ sự co giãn

của cở vòng đỡ nó

2 Sự điều tiết của mắt: là hoạt động của mắt làm thay đổi tiêu cự của mắt bằng cách

thay đổi độ cong của thủy tinh thể để ảnh của vật luôn hiện ra rõ nét trên màng lưới

+ Khi mắt không điều tiết (f Max  D Min): tiêu cự của mắt lớn nhất, thủy tinh thể dẹt

nhất

+ Khi mắt điều tiết tối đa (f Min D Max): tiêu cự của mắt nhỏ nhất, thủy tinh thể phồng

tối đa

+ Khi mắt nhì thấy vật nào thì trên võng mạc hiện lên ảnh thật, ngược chiều và rất nhỏ

của vật đó

3 Điểm cực cận và điểm cực viễn:

- Điểm cực viễn của mắt (CV) là điểm xa nhất trên trục chính của thủy tinh thể mà mắt

còn quan sát được rõ nét Khi quan sát ( ngắm chừng) ở cực viễn mắt không phải điều

tiết => fmax

- Điểm cực cận của mắt (Cc) là vị trí gần nhất trên trục chính của thủy tinh thể mà

tại đó mắt còn quan sát được rõ nét Khi ngắm chừng ở cực cận mắt phải điều tiết

cực đại => fmin

4 Khoảng nhìn rõ của mắt: là khoảng cách từ cực cận Cc đến cực viễn Cv

- Khoảng cực viễn : là khoảng cách từ mắt đến điểm cực viễn : OCv

- Khoảng cực cận : là khoảng cách từ mắt đến điểm cực cận : Đ = OCc

(1) Giác mạc: lớp màng cứng trong suốt

(2) Thủy dịch: chất lỏng trong suốt (3) Lòng đen: màn chắn, ở giữa có lỗ trống, để điều chỉnh chùm sáng đi vào mắt

(4) Con ngươi: có đường kính thay đổi tùy theo cường độ sáng (5) Thể thủy tinh: khối đặc trong suốt có dạng thấu kính hai mặt lồi

(6) Dịch thủy tinh: chất keo loãng

(7) Màng lưới (võng mạc): lớp mỏng tại đó tập trung đầu các sợi thần kinh thị giác

5 Góc trông vật và năng suất phân li của mắt:

- Góc trông vật α :

tg  AB

l

 : góc trông vật ; AB : kích thước vật ;

l = AO =khoảng cách từ vật tới quang tâm O của mắt

- Năng suất phân li của mắt : góc trông vật nhỏ nhất mà mắt còn phân biệt được 2 điểm trên vật

min

1 1' 3500

6 Hiện tượng lưu ảnh của mắt: là hiện tượng mà trong thời gian 0,1 s ta vẫn còn thấy

vật mặc dù ảnh của vật không còn tạo ra trên màn lưới

7 Các tật của mắt và cách khắc phục:

* So sánh độ tụ của các mắt: D cận > D tốt > D viễn

* Mắt cận :

+ Khi không điều tiết tiêu điểm nằm trước võng mạc ( fmax <OV)

+ Thủy tinh thể quá phồng

+ Điểm cực cận rất gần mắt (gần hơn so với mắt thường)

+ Mắt nhìn xa không rõ (kém hơn mắt thường, có OCV hữu hạn < 2 m)

+ Để khắc phục : đeo kính phân kỳ sao cho ảnh của vật ở  qua kính hiện lên

ở điểm cực viễn của mắt

AB 1 1 2 2

kínhOK MatO

 

d1 d1’ d2 d2’

d1 = ; d1’ = -(OCV –a ) = fk; d1’ + d2 = OOk = a : khoảng cách từ kính đến mắt

Nếu đeo kính sát mắt a = 0 thì fk = -OCV

V F’  Mắt bình thường (mắt tốt)

V F’

 Mắt cận thị

 Mắt viễn thị

*Mắt viễn :

+ Khi không điều tiết tiêu điểm nằm sau võng mạc, điểm cực viễn nằm ở

sau mắt (điểm ảo) (fmax > OV)

+ Thủy tinh thể quá dẹt

+ Điểm cực cận rất xa mắt hơn mắt thường (nhìn gần kém)

+ Nhìn xa vô cùng đã phải điều tiết

+ Để khắc phục : đeo kính hội tụ để nhìn gần được như mắt thường

AB 1 1 2 2

kínhOK MatO

 

d1 d1’ d2 d2’

d1 = Đ; d1’ = -(OCC –a); d1’ + d2 = OOk = a : khoảng cách từ kính đến mắt

d2’ = OV, '

1 1

K

*Mắt lão :

+ Điểm CC xa hơn bình thường (nhìn gần kém)

+ Điểm CV ở vô cực (fmax = OV)

+ Để khắc phục : đeo kính hội tụ

II Kính lúp – Kính hiển vi – Kính thiên văn

- Ngắm chừng : là quan sát ảnh ở 1 vị trí nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt

- Số bội giác : G = (α : góc trông ảnh qua kính, α0 : góc trông vật lớn nhất

(vật ở CC))

1 Kính lúp:

- Kính lúp là dụng cụ quang hỗ trợ cho mắt để quan sát các vật nhỏ

- Để quan sát ảnh qua kính lúp : vật phải đặt trong tiêu cự của kính lúp + ảnh nằm

trong khoảng nhìn rõ của mắt

- Cấu tạo là một thấu kính hội tụ (hay một hệ ghép tương đương với một thấu kính

hội tụ có tiêu cự nhỏ (vài xentimet)

- Cách ngắm chừng :

kínhOK MatO

 

d1 d1’ d2 d2’

d1 < O’F; d1’ nằm trong giới hạn nhìn rõ

của mắt:

d1’ + d2 = OKO = a : khoảng cách từ kính đến

mắt;

1 1

K

*Ngắm chừng ở cực cận: điều chỉnh để ảnh A1B1 là ảnh ảo hiện lên ở CC: d1’ = -(OCC –

a)

*Ngắm chừng ở cực viễn: điều chỉnh để ảnh A1B1 là ảnh

ảo hiện lên ở CV: d1’ = -(OCV –a)

*Số bội giác qua kính lúp:

a d

Đ k G



 '

*Độ bội giác của kính lúp kính ngắm chừng ở ∞:

f Đ

G

* Độ bội giác của kính lúp kính ngắm chừng CC : GC = K

2 Kính hiển vi (KHV) :

- Kính hiển vi là dụng cụ quang hỗ trợ cho mắt để quan sát các vật rất nhỏ bằng

cách tạo ảnh có góc trông lớn

- Cấu tạo :

*Gồm vật kính : là TKHT có tiêu cự rất nhỏ (vài mm) có tác dụng tạo thành một ảnh

thật lớn hơn vật, thị kính là kính lúp dùng để quan sát ảnh tạo bởi vật kính

* Hệ kính được lắp đồng trục sao cho khoảng cách giữa các kính không đổi

- Độ dài quang học KHV :  F ' F1 2

Vật kính tạo ảnh thật nằm trong tiêu cự của thị kính

KHV luôn tạo ảnh ảo lớn hơn vật, ngược chiều với vật

- Số bội giác của kính hiển vi khi ngắm chừng ở ∞:

1 2

2

1

f f

Đ G

k

k1 : số phóng đại bởi vật kính ; G2 : số bội

giác của thị kính ngắm chừng ở vô cực

Đ = OCC ; f1, f2 : lần lượt là tiêu cự của vật

kính và thị kính

3 Kính thiên văn (KTV):

- Kính thiên văn là dụng cụ quang hỗ trợ cho mắt để quan sát những vật ở rất xa

bằng cách tăng góc trông

- Cấu tạo :

*Gồm vật kính : là TKHT có tiêu cự vài chục met có tác dụng tạo ra ảnh thật của vật tại

tiêu điểm của vật kính, thị kính là kính lúp dùng để quan sát ảnh tạo bởi vật kính

*Khoảng cách giữa thị kính và vật kính có thể thay đổi được

- Số bội giác của KTV khi ngắm chừng ở vô cực:

f1, f2 : lần lượt là tiêu cự của vật kính và thị kính

PHẦN B: HỆ THỐNG BÀI TẬP Chủ đề 1: Mắt và các tật của mắt

A BÀI TẬP TỰ LUẬN

Dạng 1: Xác định các đặc trưng cơ bản của mắt

I Phương pháp

- Khi mắt không điều tiết (f max  D min): tiêu cự của mắt lớn nhất, thủy tinh thể dẹt

nhất

- Khi mắt điều tiết tối đa (f min D max): tiêu cự của mắt nhỏ nhất, thủy tinh thể phồng

tối đa

- Điểm cực viễn Cv: là điểm xa nhất trên trục chính của mắt mà mắt nhìn rõ Đối với

mắt không có tật, điểm cực viễn ở 

- Điểm cực cận Cc: là điểm gần nhất trên trục chính của mắt mà mắt nhìn rõ

- Khoảng nhìn rõ của mắt: là khoảng cách từ cực cận Cc đến cực viễn Cv

- Khoảng cực cận: khoảng cách từ điểm cực cận OCC đến mắt Đ = OCc

- Khoảng cách từ quang tâm O của mắt đến võng mạc: OV không đổi đối với mỗi mắt

- Góc trông vật và năng suất phân li của mắt:

+ Góc trông vật: tanα = AB

OA

+ Năng suất phân li của mắt: là góc trông vật nhỏ nhất của mắt mà mắt vẫn

còn phân biệt được 2 điểm trên vật

-4 min

ε = α = 1' = 3.10 rad

- Hiện tượng lưu ảnh của mắt: là hiện tượng mà trong thời gian 0,1 s ta vẫn còn thấy vật mặc dù ảnh của vật không còn tạo ra trên màng lưới

II Bài tập ví dụ

Bài 1: Khi mắt điều tiết tối đa thì ảnh của điểm cực viễn CV được tạo ra trước hay sau

võng mạc của mắt?

Hướng dẫn giải:

- Mắt điều tiết tối đa khi vật ở Cc nên tiêu cự của mắt khi đó là:

min c

- Khi đó, nếu điểm cực viễn CV là vật đối với mắt thì ta có:

min

f OCv d' (2)

- Từ (1) và (2) suy ra:

c

- Mặt khác vì OCV > OCC nên

- Do đó ta có: hay d’ < OV

Vậy khi mắt điều tiết tối đa thì ảnh của điểm cực viễn CV được tạo ra trước võng mạc

của mắt

 Có thể lí giải: khi điều tiết tối đa ảnh của điểm cực cận CC

hiện lên ở võng mạc Trạng thái mắt không đổi, ta tưởng tượng dời vật từ CC đến

CV thì ảnh di chuyển cùng chiều với vật, do đó khi mắt điều tiết tối đa thì ảnh của điểm cực viễn CV được tạo ra trước võng mạc của mắt

Bài 2: Khi mắt không điều tiết thì ảnh của điểm cực cận CC được tạo ra trước hay sau

võng mạc của mắt?

Hướng dẫn giải:

- Mắt không điều tiết khi vật ở điểm Cv nên tiêu cự của mắt khi đó là:

(1)

- Khi đó, nếu điểm cực viễn CC là vật đối với mắt thì ta có:

(2)

- Mặt khác vì OCV > OCC nên

- Do đó ta có: hay d’ > OV

Vậy khi mắt điều tiết tối đa thì ảnh của điểm cực viễn CC được tạo ra sau võng mạc

của mắt

 Có thể lí giải: khi không điều tiết ảnh của điểm cực viễn CV

hiện lên ở võng mạc Trạng thái mắt không đổi, ta tưởng tượng dời vật từ CV đến

CC thì ảnh di chuyển cùng chiều với vật, do đó khi mắt không điều tiết thì ảnh của điểm cực cận CC được tạo ra sau võng mạc của mắt

Bài 3: Một người có mắt bình thường (không tật) nhìn thấy được các vật ở rất xa mà

không phải điều tiết Khoảng cực cận của người này là OCC = Đ Độ tụ của mắt người này khi điều tiết tối đa tăng thêm bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

- Khi mắt điều tiết tối đa ta có phương trình tạo ảnh:

(1)

- Khi mắt không điều tiết ta có phương trình tạo ảnh:

(2)

- Lấy (1) trừ (2) ta được:

- Vì mắt không có tật nên: OCV = , do đó:

Vậy: D =

Tổng quát: Độ biến thiên độ tụ của mắt

Bài 4: Một mắt không có tật, có điểm cực cận cách mắt 20 cm Khoảng cách võng mạc

đến quang tâm của thủy tinh thể của mắt là 1,5 cm

a Điểm cực viễn của mắt nằm ở đâu?

b Trong quá trình điều tiết, độ tụ của mắt có thể thay đổi trong giới hạn nào?

c Khả năng điều tiết của mắt giảm theo độ tuổi So với lúc mắt không điều tiết thì khi

mắt điều tiết tối đa, độ tụ của mắt tăng thêm một lượng: D = (16 -0,3n) dp (với n là số tuổi tính theo đơn vị năm) Tính độ tụ tối đa của mắt bình thường ở tuổi 17 và khoảng

cực cận của mắt ở độ tuổi đó

Hướng dẫn giải:

- Ta có OCC = 20 cm; OV = 1,5 cm

a Mắt bình thường có điểm cực viễn ở vô cực

b

- Khi mắt điều tiết tối đa ta có phương trình tạo ảnh:

- Khi mắt không điều tiết ta có phương trình tạo ảnh:

Vì mắt không có tật nên: OCV = , do đó:

Suy ra:

- Vậy: giới hạn thay đổi của độ tụ là: 66,7 dp  D  71,7 dp

c

- Với n = 17 ta có: D = (16 -0,3n) = 10,9 dp

- Mà D = (bài 3) => OCC = 0,0917 m = 9,17 cm

Bài 5: Trên một tờ giấy vẽ hai vạch cách nhau 1 mm như hình vẽ Đưa tờ giấy ra

xa mắt dần cho đến khi thấy hai vạch đó như nằm trên một đường thẳng Xác

định khoảng cách từ mắt đến tờ giấy, biết năng suất phân li của mắt αmin = 3.10-4 rad

Hướng dẫn giải:

- Khi mắt thấy hai vạch đó như nằm trên một đường thẳng thì góc trông hai điểm đó là

nhỏ nhất Khi đó mắt bắt đầu không phân biệt được hai điểm A và B ở hai vạch nữa

II Bài tập tự luyện

Bài 1 : Một em học sinh nhìn rõ, đọc tốt từ khoảng cách d1 = 1/4 m đến khoảng cách d2

=1 m Độ tụ thuỷ tinh thể của em đó thay đổi bao nhiêu điốp?

ĐS: D = 3dp

Bài 2 : Khoảng cách từ thuỷ tinh thể đến võng mạc của mắt bằng 14 mm Tiêu cự của

thuỷ tinh thể biến thiên trong khoảng từ 12,28 mm đến 13,8 mm Tìm điểm cực cận và

cực viễn của mắt

ĐS: OCC = 107 mm; OCV = 966 mm