Ôn tập lý thuyết chương VII Vật Lý lớp 11

PAGE

PAGE 6

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, có 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.

– Nói chung, các tia sáng khi qua lăng kính bị khúc xạ và tia ló luôn bị lệch về phía đáy nhiều hơn so với tia tới.

Góc lệch của tia sáng đơn sắc khi đi qua lăng kính

Góc lệch D giữa tia ló và tia tới là góc hợp bởi phương của tia tới

và tia ló, (xác định theo góc nhỏ giữa hai đường thẳng).

S

R

I

J

i1

i2

r1

r2

A

B

C

D

2. Các công thức về lăng kính(DÀNH CHO CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO HOẶC PHẦN ĐỌC THÊM)

Điều kiện để có tia ló

Góc lệch cự tiểu: r1 = r2 = A/2

i1 = i2 =i suy ra:

Khi góc lệch đạt cực tiểu: Tia ló và tia tới đối xứng nhau qua mặt phẳng phân giác của góc chiết quang A .

Khi góc lệch đạt cực tiểu Dmin :

* Nếu thì góc lệch

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 có thể là mặt phẳng.

O

F

F/

(Hình 36)

(a)

(b)

(c)

Thấu kính mỏng là thấu kính có khoảng cách O1O2 của hai chỏm cầu rất nhỏ so với bán kính R1 và R2 của các mặt cầu.

2. Phân loại

Có hai loại: – Thấu kính rìa mỏng gọi là thấu kính hội tụ.

– Thấu kính rìa dày gọi là thấu kính phân kì.

Đường thẳng nối tâm hai chỏm cầu gọi là trục chính của thấu kính.

Coi O1 O2 O gọi là quang tâm của thấu kính.

3. Tiêu điểm chính

– Với thấu kính hội tụ: Chùm tia ló 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 ló không hội tụ thực sự mà có 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 có hai tiêu điểm chính nằm đối xứng nhau qua quang tâm. Một tiêu điểm gọi là tiêu điểm vật (F), tiêu điểm còn 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 không 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 đó.

– Có vô số các tiêu điểm phụ, chúng đều nằm trên một mặt phẳng vuông góc với trục chính, tại tiêu điểm chính. Mặt phẳng đó gọi là tiêu diện của thấu kính. Mỗi thấu kính có 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 ló ra khỏi thấu kính. Có 3 tia sáng thường gặp (Hình 36):

– Tia tới (a) song song với trục chính, cho tia ló đi qua tiêu điểm ảnh.

– Tia tới (b) đi qua tiêu điểm vật, cho tia ló song song với trục chính.

– Tia tới (c) đi qua quang tâm cho tia ló 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 ló ra khỏi thấu kính. Có 3 tia sáng thường gặp (Hình 37):

O

F/

F

(Hình 37)

(a)

(b)

(c)

– Tia tới (a) song song với trục chính, cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm ảnh.

– Tia tới (b) hướng tới tiêu điểm vật, cho tia ló song song với trục chính.

– Tia tới (c) đi qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng.

8. Quá trình tạo ảnh qua thấu kính hội tụ

Vật thật hoặc ảo thường cho ảnh thật, chỉ có trường hợp vật thật nằm trong khoảng từ O đến F mới cho ảnh ảo.

9. Quá trình tạo ảnh qua thấu kính phân kì

Vật thật hoặc ảo thường cho ảnh ảo, chỉ có trường hợp vật ảo nằm trong khoảng từ O đến F mới cho ảnh thật.

10. Công thức thấu kính suy ra ; ;

Công thức này dùng được cả cho thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.

11. Độ phóng đại của ảnh

Độ phóng đại của ảnh là tỉ số chiều cao của ảnh và chiều cao của vật:

* 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.

– Công thức tính độ tụ của thấu kính theo bán kính cong của các mặt và chiết suất của thấu kính:

.

Trong đó, n là chiết suất đối của chất làm thấu kính, n’ là chiết môi trường ñaët thaáu kính. R1 và R2 là bán kính hai mặt của thấu kính với qui ước: Mặt lõm: R > 0 ; Mặt lồi: R < 0 ; Mặt phẳng: R =

III.MẮT&CÁC TẬT CỦA MẮT

1. Định nghĩa: về phương diện quang hình học, mắt giống như một máy ảnh,

cho một ảnh thật nhỏ hơn vật trên võng mạc.

2. Cấu tạo

thủy tinh thể: Bộ phận chính: là một thấu kính hội tụ có tiêu cự f thay đổi được

võng mạc:  màn ảnh, sát dáy mắt nơi tập trung các tế bào nhạy sáng ở dầu các dây thần kinh thị giác. Trên võng mạc có điển vàng V rất nhạy sáng.

Đặc điểm: d’ = OV = không đổi: để nhìn vật ở các khoảng cách khác nhau (d thay đổi) => 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 đó thay đổi độ tụ hay tiêu cự của nó) 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 đó mắt có thể thấy rõ được mà không cần điều tiết ( f = fmax)

Điểm cực cận Cc: Điểm gần nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật tại đó mắt có 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 : fmax = OV, OCc = Đ = 25 cm; OCv =

4. Góc trông vật và năng suất phân ly của mắt

Góc trông vật : tg

= góc trông vật ; AB: kích thườc vật ; = AO = khỏang cách từ vật tới quang tâm O của mắt .

- Năng suất phân ly của mắt

Là góc trông vật nhỏ nhất min giữa hai điểm A và B mà mắt còn có thể phân biệt được hai điểm đó .

rad

- 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 không điều tiết có tiêu điểm nằm trước võng mạc .

fmax < OC; OCc< Đ ; OCv < => 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.

l = OO’= khỏang cách từ kính đến maét, neáu ñeo saùt maét l =0 thì fk = -OV

b. Viễn thị : Là mắt khi không điề tiết có 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 vô cực như mắt thương mà không cần điều tiết(khó thực hiện).

+ Đeo một thấu kính hội tụ để nhìn gần như mắt thường cch mắt 25cm . (đây là cách thương dùng )

IV. KÍNH LÚP

1. Định nhgĩa:

Là một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trông việc quang sát các vật nhỏ. Nó có tác dụng làm tăng góc trông ảnh bằng cách tạo ra một ảnh ảo, lớn hơn vật và nằm trông giới hạn nhìn thấy rõ của mắt.

2. cấu tạo

Gồm một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn(cỡ vài cm)

3. cách ngắm chừng

AB

d1 d1’ d2 d2’

d1 < O’F ; d1’ nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt: d1 + d1’ = OKO ; d2’ = OV

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)

Ngắm chừng ở CV

Điều chỉnh để ảnh A1B1 là ảnh ảo hiệm tại CV : d1’ = - (OCV - l)

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 góc trông ảnh của một vật qua dụng cụ quang học đó với góc trông trực tiếp của vật đó khi đặt vật tại điểm cực cận của mắt.

(vì góc và rất nhỏ)

Với:

* Độ bội giác của kính lúp:

Gọi l là khoảng cách từ mắt đến kính và d’ là khoảng cách từ ảnh A’B’ đến kính (d’ < 0), ta có :

suy ra:

Hay: (1)

k là độ phóng đại của ảnh.

- Khi ngắm chừng ở cực cận: thì do đó:

- Khi ngắm chừng ở cực viễn: thì do đó:

- Khi ngắm chừng ở vơ cực: ảnh A’B’ ở vô cực, khi đó AB ở tại CC nn:

Suy ra:

G có giá trị từ 2,5 đến 25.

khi ngắm chừng ở vô cực

+ Mắt không phải điều tiết

+ Độ bội giác của kính lúp không phụ thuộc vào vị trí đặt mắt.

Giá trị của được ghi trên vành kính: X2,5 ; X5.

Lưu ý: - Với l l khoảng cch từ mắt tới kính lp thì khi: 0 ≤ l < f  GC > GV

l = f  GC = GV

l > f  GC < GV

- Trn vành kính thường ghi gi trị

Ví dụ: Ghi X10 thì

V. KÍNH HIỂN VI

1.Định nghĩa:

Kính hiển vi là một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của những vật nhỏ, với độ bội giác lớn lơn rất nhiều so với độ bội giác của kính lp.

2.Cấu tạo: Có hai bộ phận chính:

- Vật kính O1 là một thấu kính hội tụ có 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 có tiêu cự ngắn (vài cm), dùng như một kính lúp để quan sát ảnh thật nói trên.

Hai kính có trục chính trùng nhau và khoảng cách giữa chúng không đổi.

Bộ phận tụ sáng dùng để chiếu sáng vật cần quan sát.

Độ bội giác của kính khi ngắm chừng ở vô cực:

- Ta cĩ: v tg =

Do đó: (1)

Hay

Độ bội giác G của kính hiển vi trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực bằng tích của độ phóng đại k1 của ảnh A1B1 qua vật kính với độ bội giác G2 của thị kính.

Hay Với:  = gọi là độ dài quang học của kính hiển vi.

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 góc trông ảnh của những vật ở rất xa (các thiên thể).

2. Cấu tạo: Có hai bộ phận chính:

- Vật kính O1: l một thấu kính hội tụ có tiêu cự dài (vài m)

- Thị kính O2: l một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (vài cm)

Hai kính được lắp cùng trục, khoảng cách giữa chúng có thể thay đổi được.

c) Độ bội giác của kính khi ngắm chừng ở vô cực:

- Trong cách ngắm chừng ở vô cực, người quan sát

điều chỉnh để ảnh A1B2 ở vô cực. Lúc đó

v

Do đó, độ bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực là :