Đề cương ôn tập môn Vật lý Lớp 11 - Chương VII: Mắt và các dụng cụ quang học

Nội dung text: Đề cương ôn tập môn Vật lý Lớp 11 - Chương VII: Mắt và các dụng cụ quang học

1. Chương VII. MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC PHẦN I: LÍ THUYẾT I.Lăng kính 1. Định nghĩa Lăng kính là một khối chất trong suốt hình lăng trụ đứng, cĩ tiết diện thẳng là một hình tam giác. Đường đi của tia sáng đơn sắc qua lăng kính – Ta chỉ khảo sát đường đi của tia sáng trong tiết diện thẳng ABC của lăng kính. – Nĩi chung, các tia sáng khi qua lăng kính bị khúc xạ và tia lĩ luơn bị lệch về phía đáy nhiều hơn so với tia tới. Gĩc lệch của tia sáng đơn sắc khi đi qua lăng kính Gĩc lệch D giữa tia lĩ và tia tới là gĩc hợp bởi phương của tia tới và tia lĩ, (xác định theo gĩc nhỏ giữa hai đường thẳng). 2. Các cơng thức về lăng kính(DÀNH CHO CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO HOẶC PHẦN ĐỌC THÊM) sini1 nsin r1 A A 2igh sini2 nsin r2 Điều kiện để cĩ tia lĩ i i0 A r1 r2 I D sini0 nsin(A  ) i1 i2 r2 J D i1 i2 A r1 R Gĩc lệch cự tiểu: r1 = r2 = A/2 S B C i1 = i2 =i suy ra: Dmin 2i A Khi gĩc lệch đạt cực tiểu: Tia lĩ và tia tới đối xứng nhau qua mặt phẳng phân giác của gĩc chiết quang A . Dmin A A Khi gĩc lệch đạt cực tiểu Dmin : sin nsin 2 2 0 * Nếu A,i1 10 thì gĩc lệch D A(n 1) II.THẤU KÍNH MỎNG 1. Định nghĩa Thấu kính là một khối chất trong suốt giới hạn bởi hai mặt cong, thường là hai mặt cầu. Một trong hai mặt cĩ thể là mặt phẳng. Thấu kính mỏng là thấu kính cĩ khoảng cách O1O2 của hai chỏm cầu rất nhỏ so với bán kính R1 và R2 của các mặt cầu. 2. Phân loại (a) Cĩ hai loại: – Thấu kính rìa mỏng gọi là thấu kính hội tụ. (b) – Thấu kính rìa dày gọi là thấu kính phân kì. Đường thẳng nối tâm hai chỏm cầu gọi là trục chính của thấu kính. F O F/ (c) 1 (Hình 36)
2. Coi O1  O2  O gọi là quang tâm của thấu kính. 3. Tiêu điểm chính – Với thấu kính hội tụ: Chùm tia lĩ hội tụ tại điểm F / trên trục chính. F/ gọi là tiêu điểm chính của thấu kính hội tụ. – Với thấu kính phân kì: Chùm tia lĩ khơng hội tụ thực sự mà cĩ đường kéo dài của chúng cắt nhau tại điểm F/ trên trục chính. F/ gọi là tiêu điểm chính của thấu kính phân kì . Mỗi thấu kính mỏng cĩ hai tiêu điểm chính nằm đối xứng nhau qua quang tâm. Một tiêu điểm gọi là tiêu điểm vật (F), tiêu điểm cịn lại gọi là tiêu điểm ảnh (F/). 4. Tiêu cự Khoảng cách f từ quang tâm đến các tiêu điểm chính gọi là tiêu cự của thấu kính: f = OF = OF/ . 5. Trục phụ, các tiêu điểm phụ và tiêu diện – Mọi đường thẳng đi qua quang tâm O nhưng khơng trùng với trục chính đều gọi là trục phụ. – Giao điểm của một trục phụ với tiêu diện gọi là tiêu điểm phụ ứng với trục phụ đĩ. – Cĩ vơ số các tiêu điểm phụ, chúng đều nằm trên một mặt phẳng vuơng gĩc với trục chính, tại tiêu điểm chính. Mặt phẳng đĩ gọi là tiêu diện của thấu kính. Mỗi thấu kính cĩ hai tiêu diện nằm hai bên quang tâm. 6. Đường đi của các tia sáng qua thấu kính hội tụ Các tia sáng khi qua thấu kính hội tụ sẽ bị khúc xạ và lĩ ra khỏi thấu kính. Cĩ 3 tia sáng thường gặp (Hình 36): – Tia tới (a) song song với trục chính, cho tia lĩ đi qua tiêu điểm ảnh. – Tia tới (b) đi qua tiêu điểm vật, cho tia lĩ song song với trục chính. – Tia tới (c) đi qua quang tâm cho tia lĩ truyền thẳng. 7. Đường đi của các tia sáng qua thấu kính phân kì Các tia sáng khi qua thấu kính phân kì sẽ bị khúc xạ và lĩ ra khỏi thấu kính. Cĩ 3 tia sáng thường gặp (Hình 37): – Tia tới (a) song song với trục chính, cho tia lĩ cĩ đường kéo dài đi qua tiêu điểm ảnh. – Tia tới (b) hướng tới tiêu điểm vật, cho tia lĩ song song với trục chính. (a) – Tia tới (c) đi qua quang tâm cho tia lĩ truyền thẳng. 8. Quá trình tạo ảnh qua thấu kính hội tụ Vật thật hoặc ảo thường cho ảnh thật, chỉ cĩ trường hợp vật thật nằm trong khoảng Ftừ/ O đến OF mới choF ảnh ảo. (c) 9. Quá trình tạo ảnh qua thấu kính phân kì (b) Vật thật hoặc ảo thường cho ảnh ảo, chỉ cĩ trường hợp vật ảo nằm trong khoảng từ O đến(Hình F mới 37) cho ảnh thật. 1 1 1 d.d d . f d. f 10. Cơng thức thấu kính suy ra f ; d ; d f d d / d d d f d f Cơng thức này dùng được cả cho thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì. 11. Độ phĩng đại của ảnh Độ phĩng đại của ảnh là tỉ số chiều cao của ảnh và chiều cao của vật: A'B' d f f d f k AB d d f f d f * k > 0 : Ảnh cùng chiều với vật. * k < 0 : Ảnh ngược chiều với vật. Giá trị tuyệt đối của k cho biết độ lớn tỉ đối của ảnh so với vật. – Cơng thức tính độ tụ của thấu kính theo bán kính cong của các mặt và chiết suất của thấu kính: 1 n 1 1 D ( 1) . f n R1 R2 2
3. Trong đĩ, n là chiết suất đối của chất làm thấu kính, n’ là chiết mơi trường đặt thấu kính. R 1 và R2 là bán kính hai mặt của thấu kính với qui ước: Mặt lõm: R > 0 ; Mặt lồi: R f thay đổi (mắt phải điều tiết ) 3. Sự điều tiết của mắt – điểm cực viễn Cv điểm cực cận Cc Sự điều tiết Sự thay đổi độ cong của thủy tinh thể (và do đĩ thay đổi độ tụ hay tiêu cự của nĩ) để làm cho ảnh của các vật cần quan sát hiện lên trên võng mạc gọi là sự điều tiết Điểm cực viễn Cv : Điểm xa nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật tại đĩ mắt cĩ thể thấy rõ được mà khơng cần điều tiết ( f = fmax) Điểm cực cận Cc: Điểm gần nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật tại đĩ mắt cĩ thể thấy rõ được khi đã điều tiết tối đa ( f = fmin) Khoảng cách từ điểm cực cận Cc đến cực viễn Cv : Gọi giới hạn thấy rõ của mắt Mắt thường : f max = OV, OCc = Đ = 25 cm; OCv = 4. Gĩc trơng vật và năng suất phân ly của mắt AB Gĩc trơng vật : tg  = gĩc trơng vật ; AB: kích thườc vật ;  = AO = khỏang cách từ vật tới quang tâm O của mắt . - Năng suất phân ly của mắt Là gĩc trơng vật nhỏ nhất min giữa hai điểm A và B mà mắt cịn cĩ thể phân biệt được hai điểm đĩ . 1 1' rad min 3500 - sự lưu ảnh trên võng mạc là thời gian 0,1s để võng mạc hồi phục lại sau khi tắt ánh sáng kích thích. 5. Các tật của mắt – Cách sửa a. Cận thị : là mắt khi khơng điều tiết cĩ tiêu điểm nằm trước võng mạc . fmax Dcận > Dthường - Sửa tật : nhìn xa được như mắt thường : phải đeo một thấu kính phân kỳ sao cho ảnh vật ở qua kính hiện lên ở điểm cực viễn của mắt. AB kính A B 1 1 1 1 1 d d (OCV ) DV f d d OCV  l = OO’= khỏang cách từ kính đến mắt, nếu đeo sát mắt l =0 thì fk = -OV b. Viễn thị : Là mắt khi khơng điề tiết cĩ tiêu điểm nằm sau võng mạc . fmax >OV; OCc > Đ ; OCv : ảo ở sau mắt . => Dviễn < Dthường Sửa tật : 2 cách : + Đeo một thấu kính hội tụ để nhìn xa vơ cực như mắt thương mà khơng cần điều tiết(khĩ thực hiện). 3
4. + Đeo một thấu kính hội tụ để nhìn gần như mắt thường cch mắt 25cm . (đây là cách thương dùng ) AB kính A B 1 1 1 1 1 d 0,25 d (OCC ) DC f d d OCC  IV. KÍNH LÚP 1. Định nhgĩa: Là một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trơng việc quang sát các vật nhỏ. Nĩ cĩ tác dụng làm tăng gĩc trơng ảnh bằng cách tạo ra một ảnh ảo, lớn hơn vật và nằm trơng giới hạn nhìn thấy rõ của mắt. 2. cấu tạo Gồm một thấu kính hội tụ cĩ tiêu cự ngắn(cỡ vài cm) 3. cách ngắm chừng kínhOk matO AB  A1B1  A2B2 d1 d1’ d2 d2’ ’ ’ ’ ’ d1 < O F ; d1 nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt: d1 + d1 = OKO ; d2 = OV 1 1 1 ' fK d1 d1 Ngắm chừng ở cực cận ’ Điều chỉnh để ảnh A1B1 là ảnh ảo hiệm tại CC : d1 = - (OCC - l) (l là khoảng cách giữa vị trí đặt kính và mắt) AB kính A B 1 1 1 1 1 d d (OCC ) DC f d d d OCC  Ngắm chừng ở CV ’ Điều chỉnh để ảnh A1B1 là ảnh ảo hiệm tại CV : d1 = - (OCV - l) AB kính A B 1 1 1 1 1 d d (OCV ) DV f d d d OCV  4. Độ bội giác của kính lúp * Định nghĩa: Độ bội giác G của một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt là tỉ số giữa gĩc trơng ảnh của một vật qua dụng cụ quang học đĩ với gĩc trơng trực tiếp 0 của vật đĩ khi đặt vật tại điểm cực cận của mắt. tan G (vì gĩc và 0 rất nhỏ) 0 tan 0 AB AB Với: tg 0 Đ OCc * Độ bội giác của kính lúp: 4
5. Gọi l là khoảng cách từ mắt đến kính và d’ là khoảng cách từ ảnh A’B’ đến kính (d’ GV l = f GC = GV l > f GC < GV 25 - Trn vành kính thường ghi gi trị G = ¥ f (cm) 25 Ví dụ: Ghi X10 thì G = = 10 Þ f = 2,5cm ¥ f (cm) V. KÍNH HIỂN VI 1.Định nghĩa: Kính hiển vi là một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng gĩc trơng ảnh của những vật nhỏ, với độ bội giác lớn lơn rất nhiều so với độ bội giác của kính lp. 2.Cấu tạo: Cĩ hai bộ phận chính: 5
6. - Vật kính O1 là một thấu kính hội tụ cĩ tiêu cự rất ngắn (vài mm), dùng để tạo ra một ảnh thật rất lớn của vật cần quan sát. - Thị kính O2 cũng l một thấu kính hội tụ cĩ tiêu cự ngắn (vài cm), dùng như một kính lúp để quan sát ảnh thật nĩi trên. Hai kính cĩ trục chính trùng nhau và khoảng cách giữa chúng khơng đổi. Bộ phận tụ sáng dùng để chiếu sáng vật cần quan sát. 1. Độ bội giác của kính khi ngắm chừng ở vơ cực: A B A B AB - Ta cĩ: tg 1 1 1 1 v tg = O2F2 f2 Đ tg A1B1 Đ Do đĩ: G x (1) tg 0 AB f2 Hay G k1 G2 Độ bội giác G của kính hiển vi trong trường hợp ngắm chừng ở vơ cực bằng tích của độ phĩng đại k 1 của ảnh A1B1 qua vật kính với độ bội giác G2 của thị kính. .Đ / Hay G Với:  = F1 F2 gọi là độ dài quang học của kính hiển vi. f1.f2 Người ta thường lấy Đ = 25cm VI. KÍNH THIÊN VĂN 1. Định nghĩa: Kính thiên văn là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng gĩc trơng ảnh của những vật ở rất xa (các thiên thể). 2. Cấu tạo: Cĩ hai bộ phận chính: - Vật kính O1: l một thấu kính hội tụ cĩ tiêu cự dài (vài m) - Thị kính O2: l một thấu kính hội tụ cĩ tiêu cự ngắn (vài cm) Hai kính được lắp cùng trục, khoảng cách giữa chúng cĩ thể thay đổi được. c) Độ bội giác của kính khi ngắm chừng ở vơ cực: - Trong cách ngắm chừng ở vơ cực, người quan sát điều chỉnh để ảnh A1B2 ở vơ cực. Lúc đĩ A1B1 A1B1 tg v tg 0 f2 f1 Do đĩ, độ bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vơ cực là : tg f1 G tg 0 f2 6