Tài liệu Skkn hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học.

Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học 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: - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học bộ môn: VẬT LÝ  - 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 Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 1 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học 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 6. Fax: (CQ)/ 061.3864.198 E-mail:[email protected] 7. Chức vụ: Giáo Viên 8. Nhiệm vụ được giao: Giảng dạy môn Vật Lý ;chủ nhiệm lớp 12A3 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) Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 2 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 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 Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 1 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học BM03-TMSKKN 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 Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 2 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học 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. (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. 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 (fMax  DMin): tiêu cự của mắt lớn nhất, thủy tinh thể dẹt nhất. + Khi mắt điều tiết tối đa (fMin DMax): 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. Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 3 HệCcthống bài OM tập về mắt và các dụng cụ quang học Cv  - Khoảng cực cận : là khoảng cách từ mắt đến điểm cực cận : Đ = OCc 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 rad 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: Cc  Cv  OM Cv  F’  V Mắt bình thường (mắt tốt) Cv  Cc  OM Cc  OM  F’ V Mắt cận thị V  F’ Mắt viễn thị * So sánh độ tụ của các mắt: Dcận > Dtốt > Dviễn * Mắt cận : + Khi không điều tiết tiêu điểm nằm trước võng mạc ( 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  kínhOK    A1B1  MatO   A2 B2 d1 d1’ d2 d2’ d1 = Đ; d1’ = -(OCC –a); d1’ + d2 = OOk = a : khoảng cách từ kính đến mắt d2’ = OV, 1 1 1   ' fK d1 d1 *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 : AB  kínhOK    A1B1  MatO   A2 B2 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; Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 5 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học 1 1 1   ' fK d1 d1 d2’ = OV, 1 1 C 1 C *Ngắm chừng ở cực cận: điều chỉnh để ảnh A B là ảnh ảo hiện lên ở C : d ’ = -(OC – a) 1 1 *Ngắm chừng ở cực viễn: điều chỉnh để ảnh A B là ảnh V 1 V ảo hiện lên ở C : d ’ = -(OC –a) G k *Số bội giác qua kính lúp: Đ d'  a *Độ bội giác của kính lúp kính ngắm chừng ở ∞: G Đ f * 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 '1 F2 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 ∞: G  k1 .G2  Đ f1 f 2 k1 : số phóng đại bởi vật kính ; G2 : số bội giác của thị kính ngắm chừng ở vô cực. C 1 2 Đ = OC ; f , f : 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. Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 6 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học *Khoảng cách giữa thị kính và vật kính có thể thay đổi được. - Số bội giác của KTV khi ngắm chừng ở vô cực: 1 2 f , f : 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 (fmax  Dmin): tiêu cự của mắt lớn nhất, thủy tinh thể dẹt nhất. - Khi mắt điều tiết tối đa (fmin Dmax): 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. Cv  Cc  O - Góc trông vật và năng suất phân li của mắt: Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 7 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học + 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 . ε = α min = 1' = 3.10-4 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: 1 f min = 1 1 + OCc OV (1) - Khi đó, nếu điểm cực viễn CV là vật đối với mắt thì ta có: 1 f min - Từ (1) và (2) suy ra: = 1 1 + OCv d' (2) 1 1 1 1 + = + OCv d' OC c OV - 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: Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 8 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học (2) - Từ (1) và (2) suy ra: - 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 OC C = 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 Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 9 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học 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 Suy ra độ tụ tối đa: 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. Ta có: tanαmin = . Suy ra: l = = 3333 mm. 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 Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 10 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học Bài 3 : Một mắt không có tật có khoảng cách từ thủy tinh thể đến võng mạc là 22 mm . Điểm cực cận cách mắt 25 cm . Trong quá trình điều tiết, độ tụ của mắt có thể thay đổi trong giới hạn nào? ĐS: 45,45 dp  D  49,46 dp Bài 4: Một mắt có võng mạc cách thủy tinh thể 15 mm. Hãy tìm tiêu cự và độ tụ của thủy tinh thể khi quan sát vật AB trong 2 trường hợp a. Vật AB ở vô cực ? b. Vật AB cách mắt 80 cm ? ĐS: a. f = 15 mm, D = 66,67 dp; b. f = 14,7 mm, D = 67,9 dp Bài 5: Thủy tinh thể của mắt có tiêu cự khi không điều tiết là 14,8 mm. Quang tâm của thấu kính mắt cách võng mạc là 15 mm. Người này chỉ có thể đọc sách gần nhất là 40 cm. a. Xác định khoảng nhìn rõ của mắt. b. Tính độ tụ của thủy tinh thể khi nhìn vật ở vị trí gần nhất. ĐS: a. Từ 40 cm đến 111 cm; b. 69,17 dp Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 11 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học Dạng 2: Mắt cận thị I. Phương pháp - Để khắc phục tật cận thị: đeo kính phân kỳ sao cho ảnh của vật ở  qua kính hiện lên ở điểm cực viễn CV của mắt. AB  kínhOK    A1B1  MatO   A2 B2 d1 Ta có: d1’ d2 d2’ d1 =  => d1’ = fk Mà: d1’ + d2 = OOk = a : khoảng cách từ kính đến mắt; d2 = OCV Suy ra: d1’ = -OCV + a Tổng quát: tiêu cự của kính cần đeo: fk = -OCV +a Nếu đeo kính sát mắt a = 0 thì fk = -OCV - Tìm khoảng nhìn rõ của mắt cận khi đeo kính có tiêu cự f: + Mắt cận nhìn vật gần nhất cho ảnh hiện ở điểm cực cận CC của mắt. kínhOK MatO     A B    A2 B2 1 1 AB d1 d1’ d2 d2’ Ta có: d1’ +d2 = a; d2 = OCC Suy ra: d1’ = -OCC +a; nếu đeo kính sát mắt: d1’ = -OCC Ta tìm được d1C = + Mắt cận nhìn vật xa nhất cho ảnh hiện ở điểm cực cận CV của mắt. AB  kínhOK    A1B1  MatO   A2 B2 d1 d1’ d2 d2’ Ta có: d1’ +d2 = a; d2 = OCV Suy ra: d1’ = -OCV +a; nếu đeo kính sát mắt: d1’ = -OCV Ta tìm được d1V = Suy ra khoảng nhìn rõ khi đeo kính của mắt cận là: d1C +a < d < d1V + a - Tìm khoảng nhìn rõ của mắt cận khi không đeo kính biết khoảng nhìn rõ khi đeo kính của mắt cận là: d1C + a < d < d1V + a Thực chất đây là bài toán tìm khoảng cực cận OCC và khoảng cực viễn OCV . Do đó ta làm ngược lại bài toán trên. II. Bài tập ví dụ Bài 1: Một người có mắt chỉ nhìn thấy rõ trong khoảng từ 10 cm đến 50 cm. a. Mắt người này bị tật gì? Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 12 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học b. Độ tụ của kính phải đeo sát mắt để có thể nhìn vật ở vô cùng không phải điều tiết là bao nhiêu? c. Khi đeo kính nói trên sát mắt thì mắt nhìn thấy rõ vật gần nhất cách mắt bao xa? Hướng dẫn giải: a. Điểm cực viễn cách mắt một đoạn xác định OCV = 50 cm nên mắt có tật cận thị. b. Do đeo kính sát mắt nên ta có: d1’ = -OCV - Khi nhìn vật ở vô cực: d1 =  => d1’ = fk => fk = -OCV = -50 cm = -0,5 m Vậy độ tụ của kính cần đeo là: D = c. Vật gần nhất có vị trí d2 sao cho ảnh của vật tạo bởi kính có vị trí ở ngay điểm cực cận (ảnh ảo) => d2’ = -OCC = -10 cm => Vậy vật gần nhất cách mắt 12,5 cm Bài 2: Một người cận thị có khoảng nhìn rõ từ 12,5 cm đến 50 cm. a. Người này đeo kính sát mắt có độ tụ -1 dp. Miền nhìn rõ khi đeo kính của người này là bao nhiêu? b. Tìm tiêu cự của kính cần đeo sát mắt để có khoảng nhìn rõ gần nhất như mắt thường: Đ = 25 cm. Hướng dẫn giải: a. - Ta có: fk = -1 m = -100 cm - Vật gần nhất có vị trí d1 sao cho ảnh của vật tạo bởi kính có vị trí ở ngay điểm cực cận (ảnh ảo) => d1’ = -OCC = -12,5 cm => Vậy vật gần nhất cách mắt 14,3 cm - Vật xa nhất có vị trí d2 sao cho ảnh của vật tạo bởi kính có vị trí ở ngay điểm cực viễn (ảnh ảo) => d2’ = -OCV = -50 cm => Vậy vật xa nhất cách mắt 100 cm - Vậy miền nhìn rõ khi đeo kính của người này là từ 14,3 cm đến 100 cm. b. - Vật gần nhất có vị trí d3 = 25 cm sao cho ảnh của vật tạo bởi kính có vị trí ở ngay điểm cực cận (ảnh ảo) => d3’ = -OCC = -12,5 cm => fk = = -25 cm Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 13 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học Bài 3: Một người cận thị không đeo kính, nhìn rõ vật từ khoảng cách d1 = m, khi đeo kính sát mắt thì nhìn rõ vật từ khoảng cách d2 = m. Kính của người đó có độ tụ là bao nhiêu? Hướng dẫn giải: - Khi người này không đeo kính, nhìn rõ vật từ khoảng cách m, suy ra: OCC = m - Khi người này đeo kính, nhìn rõ vật từ khoảng cách m, vậy vật gần nhất cách mắt một khoảng d = m. Và khi đó ảnh ảo của vật qua kính có vị trí ngay điểm cực cận của mắt nên d’ = -OCC = - m - Ta tìm được độ tụ của kính: D = Bài 4: Một người mắt cận thị có cực cận cách mắt 11 cm và cực viễn cách mắt 51 cm. a. Độ tụ của kính phải đeo cách mắt 1 cm để có thể nhìn vật ở vô cùng không phải điều tiết là bao nhiêu? b. Khi đeo kính nói trên cách mắt 1 cm thì mắt nhìn thấy rõ vật gần nhất cách mắt bao xa? Khoảng nhìn rõ của mắt khi đó. c. Để đọc sách đặt cách mắt 21 cm, mắt không điều tiết thì đeo kính có tiêu cự là bao nhiêu? Biết kính cách mắt 1 cm. d. Để đọc sách trên mắt không phải điều tiết mà chỉ có kính hội tụ f = 28,8 cm thì kính phải đặt cách mắt bao nhiêu? Hướng dẫn giải: a. Do đeo kính cách mắt 1 cm nên ta có: d1’ = -OCV +1 = -50 cm - Khi nhìn vật ở vô cực: d1 =  => d1’ = fk => fk = -50 cm = -0,5 m Vậy độ tụ của kính cần đeo là: D = b. Vật gần nhất có vị trí d2 sao cho ảnh của vật tạo bởi kính có vị trí ở ngay điểm cực cận (ảnh ảo) => d2’ = -OCC + 1 = -10 cm => Vậy vật gần nhất cách mắt: d = d2 + 1 = 13,5 cm Vậy khoảng nhìn rõ của mắt khi đeo kính: từ 13,5 cm đến vô cực c. Để đọc sách đặt cách mắt 21 cm mà mắt không phải điều tiết, khi đó ảnh qua kính sẽ hiện ở điểm cực viễn của mắt Khi đó vật cách kính d3 = 21 -1 = 20 cm Do đeo kính cách mắt 1 cm nên ta có: d3’ = -OCV +1 = - 50 cm => fk = -33,3 cm d. Goi a là khoảng cách từ kính đến mắt. ( a < 21 cm) Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 14 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học Để đọc sách đặt cách mắt 21 cm, khi đó vật cách kính d4 = 21 -a Mắt không điều tiết nên : d4’ = -OCV + a = -51 + a Ta có: fk = Giải phương trình tìm được a = 69 cm (loại), a = 3 cm (nhận) Vậy kính phải đặt cách mắt một đoạn 3 cm Bài 5: Một người cận thị khi đeo kính có độ tụ - 2,5 dp thì nhìn rõ các vật cách mắt từ 22 cm đến vô cực. Kính cách mắt 2 cm. Khi không mang kính, tìm độ biến thiên độ tụ của mắt khi điều tiết. Hướng dẫn giải: - Muốn tìm độ biến thiên của độ tụ ta phải đi tìm khoảng cực cận và khoảng cực viễn của mắt. - Ta có: fk = -0,4 m = -40 cm - Khi đeo kính người này nhìn được các vật ở xa vô cùng mà không điều tiết, khi đó ảnh qua kính sẽ hiện ở điểm cực viễn của mắt Do đeo kính cách mắt 2 cm nên ta có: d1’ = -OCV +2 Khi nhìn vật ở vô cực: d1 =  => d1’ = fk = -OCV +2 => OCV = 2 –fk = 42 cm = 0,42 m - Khi đeo kính người này nhìn được các vật ở gần cách mắt 22 cm, khi đó ảnh qua kính sẽ hiện ở điểm cực cận của mắt Khi đó vật cách kính d2 = 22 -2 = 20 cm Do đeo kính cách mắt 2 cm nên ta có: d2’ = -OCC +2 Mặt khác: => OCC = 2 - d2’ = cm = m - Khi không mang kính, độ biến thiên độ tụ của mắt Suy ra : D = 4,14 dp III. Bài tập tự luyện Bài 1 : Một người cận thị có điểm cực cận cách mắt 15 cm. Người này muốn đọc sách cách mắt 25 cm thì phải đeo kính có độ tụ là bao nhiêu ? ĐS: -2,66 dp Bài 2: Một người bị cận thị phải đeo kính cận sát mắt có độ tụ là - 0,5 dp để nhìn vật ở vô cực mà không phải điều tiết. Nếu muốn xem ti vi mà người đó không muốn đeo kính thì người đó có thể ngồi cách màn hình xa nhất 1 khoảng bằng bao nhiêu ? ĐS: 2 m Bài 3: Mắt một người cận thị có khoảng nhìn thấy rõ ngắn nhất là 12,5 cm và giới hạn nhìn rõ là 37,5 cm. Hãy xác định tiêu cự của thấu kính cần phải đeo để người này có thể nhìn vật ở vô cực mà không phải điều tiết ? (Coi kính đeo sát mắt) Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 15 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học ĐS: f = -50 cm Bài 4: Một người cận thị dùng 1 thấu kính có độ tụ D1 = -2 dp đeo sát mắt mới có thể thấy những vật ở rất xa mà mắt không phải điều tiết. a. Hỏi khi không đeo kính thì người đó sẽ thấy vật nằm cách xa mắt mình nhất là bao nhiêu ? b. Nếu người ấy chỉ đeo kính có độ tụ D = -1,5 dp sát mắt thì người ấy sẽ quan sát được vật xa nhất cách mắt 1 khoảng bao nhiêu ? ĐS: a. 50 cm; b. 200 cm Bài 5 : Một người cận thị có khoảng nhìn rõ từ 12,5 cm đến 50 cm. Khi đeo kính sát mắt chữa tật của mắt (nhìn vật ở vô cực không phải điều tiết), người này nhìn rõ được các vật gần mắt nhất là bao nhiêu? ĐS: 16,7 cm Bài 6 : Một người cận thị có khoảng nhìn rõ từ 15,5 cm đến 50 cm. Người này đeo kính có độ tụ -1 dp. Miền nhìn rõ khi đeo kính của người này là bao nhiêu? ĐS: 18,3 cm đến 100 cm Bài 7: Một người cận thị có điểm cực viễn cách mắt 101 cm, điểm cực cận cách mắt 16 cm. Khi đeo kính sửa tật cận thị cách mắt 1 cm (nhìn vật ở vô cực không phải điều tiết), người ấy nhìn vật gần nhất cách mắt bao nhiêu? ĐS: 18,65 cm Bài 8 : Một học sinh do thường xuyên đặt sách cách gần mắt 11 cm khi đọc nên sau một thời gian học sinh ấy không còn thấy rõ những vật ở cách mắt mình lớn hơn 101 cm. a. Mắt học sinh đó mắc tật gì? b. Xác định khoảng nhìn rõ của mắt, nếu học sinh đó đeo kính để cho mắt lại có thể nhìn thấy vật ở xa vô cực. Kính đeo cách mắt 1 cm ĐS: a. Mắc tật cận thị; b. Từ 12,11 cm đến vô cực Bài 9 : Một người cận thị khi đeo kính sát mắt có độ tụ - 1 dp thì nhìn rõ các vật cách mắt từ 25 cm đến vô cực. a. Tìm khoảng cực cận và khoảng cực viễn của mắt. b. Nếu thay kính trên bằng một TKPK có độ tụ -0,5 dp, thì mắt có thể thấy rõ vật trong khoảng nào ? c. Độ tụ của mắt có thể thay đổi trong khoảng nào ? Cho biết khoảng cách từ quang tâm mắt đến màng lưới là 16 mm. ĐS: a. 20 cm, 100 cm; b. Từ 22 cm đến 200 cm; c. Từ 63,5 dp đến 67,5 dp Bài 10: Mắt của một người cận thị có điểm cực viễn CV cách mắt 20 cm. Người này muốn đọc một thông báo cách mắt 40 cm nhưng không có kính cận mà lại sử dụng một thấu kính phân kỳ có tiêu cự -15 cm. Để đọc được thông báo trên mà không phải điều tiết thì phải đặt thấu kính cách mắt bao nhiêu? ĐS: a = 10 cm Bài 11: Mắt của một người cận thị có điểm cực viễn CV cách mắt 50 cm. a. Xác định độ tụ của thấu kính mà người này phải đeo sát mắt để nhìn rõ không điều tiết một vật: + Ở vô cực + Cách mắt 10 cm Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 16 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học b. Khi đeo sát mắt cả hai kính nói trên ghép sát đồng trục, người này đọc được sách cách mắt khoảng gần nhất là 10 cm. + Xác định điểm cực cận của mắt. + Khi đeo cả hai kính thì điểm xa nhất mà người này nhìn rõ có vị trí nào? ĐS: a. -2 dp, 8 dp; b. 25 cm, 12,5 cm Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 17 Hệ thống bài tập về mắt và các dụng cụ quang học Dạng 3: Mắt viễn và mắt lão I. Phương pháp - Để khắc phục tật viễn thị : đeo kính hội tụ để nhìn gần được như mắt thường. AB  kínhOK    A1B1  MatO   A2 B2 d1 d1’ d2 d2’ Ta có: d1 = Đ và d1’ + d2 = OOk = a : khoảng cách từ kính đến mắt; mà d2 = OCC; d2’ = OV. Suy ra d1’ = -OCC + a; nếu đeo kính sát mắt : d1’ = -OCC Để tìm tiêu cự của kính ta áp dụng công thức: 1 1 1   ' fK d1 d1 - Đối với mắt lão: . + Điểm CC xa hơn bình thường. + Điểm CV ở vô cực. + Để khắc phục : đeo kính hội tụ như mắt viễn thị. II. Bài tập ví dụ Bài 1: Coi khoảng cách từ thủy tinh thể đến võng mạc của các mắt là như nhau. Đặt D C, DV, Dbt lần lượt là độ tụ của mắt cận, mắt viễn, mắt bình thường. So sánh độ tụ của các mắt: a. Khi không điều tiết b. Khi điều tiết tối đa. Hướng dẫn giải: a. Khi không điều tiết ta có: fC < OV; fV > OV; fbt = OV Suy ra: fC < fbt < fV Vậy: DC > Dbt > DV b. Khi điều tiết tối đa: Đặt Đ = OCC Ta có: ĐC < Đbt < ĐV Mà độ tụ của mắt khi điều tiết tối đa: Đ càng nhỏ thì độ tụ D càng lớn Vậy: DC > Dbt > DV Bài 2: Một mắt viễn thị có điểm cực cận cách mắt 100 cm. Để đọc được trang sách cách mắt 20 cm, mắt phải đeo kính gì và có độ tụ bao nhiêu? a. Nếu đeo kính sát mắt. b. Nếu đeo kính cách mắt 2 cm. Hướng dẫn giải: Để đọc được trang sách cách mắt 20 cm, mắt phải đeo kính sao cho ảnh của nó hiện lên ở điểm cực cận của mắt. a. Do đeo kính sát mắt nên ta có: d’ = -OCC = -100 cm - Khi người này đọc sách cách mắt 20 cm: d = 20 cm Giáo viên : Nguyễn Thị Thủy Ngân Trang 18