Tài liệu Skkn phân loại và cách giải một số bài tập về mắt.

Sáng kiến kinh nghiệm SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh Mã số: ................................ (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ MẮT Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh 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 Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 1- Sáng kiến kinh nghiệm SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN 1. Họ và tên: Phạm Ngọc Anh 2. Ngày tháng năm sinh: 11 / 08 / 1968 3. Nam, nữ: Nữ 4. Địa chỉ: 28/20B – KP 6 – Tam Hiệp – Biên Hòa – Đồng Nai 5. Điện thoại: (CQ): 0613834289 6. Fax: ; ĐTDĐ: 01686780125 E-mail: [email protected] 7. Chức vụ: Giáo viên 8. Nhiệm vụ được giao: - Dạy Vật lý lớp 12A1, lớp 12A3, lớp 11A2, lớp 11A9. - Chủ nhiệm lớp 11A9 9. Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử nhân - Năm nhận bằng: 1990 - Chuyên ngành đào tạo: Vật lý III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Giảng dạy Số năm có kinh nghiệm: 15 - Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây: + Cách giải bài toán về chuyển động của một vật trên mặt phẳng nghiêng – năm 2011 + Phân loại và cách giải một số bài toán về giao thoa ánh sáng với khe Young (I- âng) - năm 2012 + Phân loại và cách giải một số bài tập về thấu kính đơn – năm 2014 Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 2- Sáng kiến kinh nghiệm SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ MẮT TÓM TẮT NỘI DUNG Phân loại dạng bài tập: cách giải và ví dụ kèm theo cho mỗi dạng bài tập về mắt Một số bài tập luyện tập áp dụng các cách giải trên. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 3- Sáng kiến kinh nghiệm I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Môn Vật lý nghiên cứu những sự vật và hiện tượng xảy ra hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn. Mục tiêu giảng dạy Vật lý ở trường Trung học phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức Vật lý cơ bản và nguyên tắc của những ứng dụng Vật lý trong sản xuất và đời sống; tạo cho các em sự hứng thú và lòng yêu thích khoa học. Do thời gian trong mỗi tiết học lý thuyết có hạn nên học sinh cùng một lúc vừa quan sát hiện tượng vừa khái quát rồi ghi nhớ và vận dụng những kiến thức tiếp thu được để giải các bài tập. Thời gian làm bài tập trong tiết học chính khóa lại hơi ít nên đa phần các em chỉ tiếp thu được một phần lý thuyết mà không có điều kiện vận dụng luyện tập ngay tại lớp vì vậy khi gặp những bài tập đòi hỏi phải có suy luận thì các em lúng túng không biết giải thế nào. Thường thì các em nhớ công thức một cách máy móc khi áp dụng giải bài tập mà không hiểu được bản chất hiện tượng. Để khắc sâu kiến thức, tạo được hứng thú cho học sinh, giúp các em vượt qua những khó khăn, trạng thái thụ động trong giờ bài tập trên lớp cũng như khi làm bài tập ở nhà, người giáo viên sử dụng nhiều biện pháp phối hợp trong quá trình giảng dạy. Với tôi, một biện pháp không thể thiếu là hệ thống kiến thức lý thuyết, phân loại các dạng bài tập trong từng chương hoặc từng bài học đồng thời hướng dẫn cách giải cụ thể cho mỗi dạng bài. Trong phần Quang học của chương trình Vật lý 11 các em sẽ tìm hiểu những kiến thức về “Mắt và các dụng cụ quang”. Để giải được các bài tập về “Mắt và các dụng cụ quang” nói chung và bài tập về “Mắt” nói riêng, các em phải hiểu được sự tạo ảnh của vật qua thấu kính mắt và qua hệ mắt + kính đeo, phân biệt được khoảng cực cận, cực viễn của mắt với khoảng cực cận, cực viễn của mắt đeo kính; hiểu rõ được sự điều tiết của mắt khi quan sát vật...từ đó cần hiểu rõ đại lượng nào có vai trò là d hoặc d’ trong công thức thấu kính sẽ được vận dụng để xác định đại lượng cần tìm. Xuất phát từ thực tế trên, với một số kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy và qua tham khảo một số tài liệu, tôi chọn đề tài “PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ MẮT” với mong muốn giúp các em học sinh có thể có được những kiến thức cơ bản để giải được các bài toán về “Mắt” nói riêng và giải được các bài toán về “Các dụng cụ quang: kính lúp, kính thiển vi và kính thiên văn” nói chung một cách chủ động nhất. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 4- Sáng kiến kinh nghiệm II. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN Bài tập về “Mắt” được đưa ra trong sách Bài tập Vật lý 12 (chương trình cải cách), sách giáo khoa Vật lý 11 ( bài 50 và 51 – chương trình nâng cao; bài 31 – chương trình chuẩn), sách Bài tập Vật lý 11 (chương trình chuẩn và nâng cao) và ở một số sách tham khảo. Một số tài liệu tham khảo đưa ra bài toán dạng này: - Một số phương pháp chọn lọc giải các bài toán vật lý sơ cấp – Vũ Thanh Khiết - Giải toán Vật lý 11 – Bùi Quang Hân - Ôn thi đại học môn vật lý – Trần Trọng Hưng Trong sách giáo và sách bài tập Vật lý 11 chương trình cơ bản và nâng cao cũng như trong các sách tham khảo, bài tập về “Mắt” không được phân theo dạng cụ thể và cũng không đa dạng, các bài tập chỉ được lược giải tóm tắt. thường là đi sâu vào một vài dạng bài, các ví dụ minh họa cho các dạng bài cụ thể chưa chi tiết. Trong bài viết này tôi đã hệ thống lại một số kiến thức lý thuyết cơ bản về mắt: sự điều tiết của mắt khi quan sát vật; điều kiện để mắt nhìn rõ một vật; đặc điểm của mắt bình thường, đặc điểm của mắt có tật và cách khắc phục tương ứng với từng tật..., củng cố cho các em hiểu rõ sự tạo ảnh của vật qua thấu kính mắt và qua hệ mắt đeo kính..., nhấn mạnh cho các em rõ vị trí hiện của ảnh tương ứng với các vị trí đặt vật khi nhìn vật qua kính, giúp các em xác định chính xác được d và d’ khi áp dụng công thức thấu kính để tìm đại lượng chưa biết theo yêu cầu đề bài. Các bài tập về “Mắt” trong bài viết này tôi phân ra các dạng cơ bản sau: Dạng 1: Bài tập về độ tụ và độ biến thiên độ tụ của mắt Dạng 2: Bài tập về mắt cận và cách khắc phục Dạng 3: Bài tập về mắt viễn và cách khắc phục Dạng 4: Bài tập về mắt lão và cách khắc phục Dạng bài tập về “Mắt” liên quan đến góc trông vật khi nhìn trực tiếp vật và góc trông ảnh khi mắt nhìn vật qua kính sẽ được trình bày trong phần bài tập về “Các dụng cụ quang: kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn” Nội dung những kinh nghiệm trình bày trong bài viết này tôi đã thực hiện trong quá trình giảng dạy lớp 11 và bồi dưỡng học sinh giỏi tại trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh trong năm học 2011 – 2012, 2012 – 2013 và 2014 – 2015 thấy chất lượng học tập của các em tăng rõ rệt. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 5- Sáng kiến kinh nghiệm III. TỔ CHỨC THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP Phần A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT: Về phương diện quang hình học, ta coi hệ thống bao gồm các bộ phận cho ánh sáng truyền qua của mắt tương đương với một thấu kính hội tụ, được gọi là thấu kính mắt. Tiêu cự của thấu kính mắt có thể thay đổi được. Khi mắt nhìn một rõ vật nào đó thì ảnh của vật cho bởi thấu kính mắt hiện rõ trên màng lưới (tại điểm vàng V), ảnh này là ảnh thật ngược chiều vật và nhỏ hơn vật. 1. Sự điều tiết của mắt. Điểm cực viễn. Điểm cực cận a. Sự điều tiết của mắt: là hoạt động của mắt làm thay đổi tiêu cự của mắt để ảnh của các vật ở cách mắt những khoảng cách khác nhau vẫn được tạo ra ở màng lưới (tại điểm vàng V). b. Điểm cực viễn. Điểm cực cận * Điểm cực viễn Cv: là điểm xa nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật ở đó thì ảnh của vật nằm trên màng lưới khi mắt không điều tiết. Quan sát vật đặt ở điểm cực viễn Cv , mắt không phải điều tiết cơ vòng ở trạng thái nghỉ nên mắt không mỏi. Trường hợp này thể thủy tinh dẹt nhất tức là tiêu cự của thấu kính mắt lớn nhất fmax, độ tụ của thấu kính mắt nhỏ nhất Dmin. Khoảng cách OCv là khoảng cực viễn. * Điểm cực cận Cc: là điểm gần nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật ở đó thì ảnh của vật nằm trên màng lưới khi mắt điều tiết tối đa. Quan sát vật đặt ở điểm cực cận C c, thể thủy tinh căng phồng đến mức tối đa, tiêu cự của thấu kính mắt giảm đến mức nhỏ nhất f min, độ tụ của thấu kính mắt lớn nhất Dmax, vì vậy mắt rất chóng mỏi. Khoảng cách OCc là khoảng cực cận, ký hiệu bằng chữ Đ. Độ lớn của khoảng này phụ thuộc vào độ tuổi. Tuổi Khoảng cực cận OCc 10 20 30 40 50 60 7cm 10cm 14cm 22cm 40cm 200cm Để có thể nhìn được lâu và rõ (khi đọc sách, viết, nhìn vật qua dụng cụ quang học...) thường đặt vật cách mắt cỡ 25cm * Khoảng nhìn rõ của mắt (hay giới hạn nhìn rõ của mắt): là khoảng cách từ điểm cực cận Cc đến cực viễn Cv 2. Điều kiện để mắt nhìn rõ vật nhỏ AB (phân biệt được hai điểm A và B) Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 6- Sáng kiến kinh nghiệm a. Góc trông vật AB đặt thẳng góc với trục chính của mắt: là góc α tao bởi hai tia sáng xuất phát từ hai điểm A và B tới mắt, với tanα = AB OA  A' B' b. Để mắt nhìn rõ vật nhỏ AB thì ảnh A’B’ của vật phải hiện trên màng lưới, muốn vậy: * Vật phải đặt trong khoảng nhìn rõ của mắt. * Góc trông vật AB    , với  là năng suất phân ly của mắt. Năng suất phân ly  là góc trông nhỏ nhất  min khi nhìn vật AB mà mắt còn phân biệt được hai điểm A, B), với mắt bình thường    min  1' . 3. Mắt không có tật: - Khi không điều tiết, tiêu điểm của thấu kính mắt nằm trên màng lưới fmax=OV. - Điểm cực viễn ở xa vô cực OCv = ∞. - Thường lấy khoảng cực cận OCc = 25cm. 4. Các tật của mắt và cách khắc phục: a. Cận thị * Đặc điểm của mắt cận: - Độ tụ của mắt cận thị lớn hơn độ tụ của mắt bình thường (D ct > Dbt). Khi không điều tiết, tiêu điểm của thấu kính mắt nằm trước màng lưới: fmax < OV. - Khoảng OCv hữu hạn. - Điểm Cc gần mắt hơn bình thường. * Cách khắc phục tật cận thị: - Đeo kính: + Dùng thấu kính phân kỳ có độ tụ thích hợp đeo trước mắt để có thể nhìn rõ vật ở vô cực mà mắt không cần điều tiết. Nếu kính đeo sát mắt thì tiêu cự của kính được xác định bởi fk = - OCv. Khi đeo kính, điểm gần nhất mắt nhìn thấy rõ sẽ ở xa hơn điểm cực cận khi không đeo kính. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 7- Sáng kiến kinh nghiệm + Dùng thấu kính phân kỳ có độ tụ thích hợp đeo trước mắt để khoảng cực cận cỡ 25cm như mắt bình thường. Nhưng trên thực tế, thường thì người cận thị đeo kính sửa tật để nhìn rõ vật ở xa còn để nhìn vật ở gần như mắt bình thường thì chỉ cần tháo kính ra là mắt cận vẫn nhìn được. - Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc để giảm độ tụ của mắt. b. Viễn thị * Đặc điểm của mắt viễn: - Độ tụ của mắt viễn thị nhỏ hơn độ tụ của mắt bình thường (D vtOV. - Mắt viễn thị nhìn vật ở xa vô cực đã phải điều tiết. - Điểm Cc xa mắt hơn bình thường. * Cách khắc phục tật viễn thị: - Đeo kính: + Dùng thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp đeo trước mắt để có thể nhìn rõ vật ở gần như mắt bình thường. Cần chọn kính sao cho ảnh ảo của điểm gần nhất mà người viễn thị muốn quan sát được tạo ra ở điểm Cc của mắt. + Dùng thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp đeo trước mắt để có thể nhìn vật ở xa vô cực không cần điều tiết. Nhưng trên thực tế thường thì người viễn thị đeo kính sửa tật để nhìn vật ở gần như mắt bình thường, điều tiết mắt để nhìn vật ở xa chứ không cần đeo kính. - Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc để tăng độ tụ của mắt. c. Lão thị: * Đặc điểm của mắt lão: - Với những người lớn tuổi cơ mắt yếu đi, điểm Cc dời xa mắt hơn. - Mắt không tật, mắt cận hay mắt viễn khi lớn tuổi đều có thêm tật lão thị. * Cách khắc phục tật lão thị: - Dùng thấu kính hội tụ tương tự mắt viễn. - Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 8- Sáng kiến kinh nghiệm Phần B. PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP CƠ BẢN VỀ MẮT ( CÓ BÀI TẬP VÍ DỤ KÈM THEO MỖI DẠNG ) * Các ký hiệu trong bài tập Khi mắt đeo kính nhìn vật AB thì sơ đồ tạo ảnh của vật AB qua hệ kính + mắt là: Ok AB  dk ; dk ' A'B'  Cc , C v  O A''B'' V Trong đó O là quang tâm của mắt; Ok là quang tâm của kính; A’B’ là ảnh của vật AB qua kính, A’B’ hiện trong giới hạn nhìn rõ của mắt; A’’B’’ là ảnh cuối cùng qua hệ mắt đeo kính, A’’B’’ hiện ở điểm vàng V của mắt . l = OkO là khoảng cách từ kính đến mắt, d k = Ok A , d k ' = O k A' , d m = OA , d m ' = OA' + Khi vật AB ở gần mắt nhất qua kính có ảnh hiện ở Cc của mắt ta có: dk là d ck = O k A , dk’ là d ck ' = O k A' , dm là d cm = OA + Khi vật AB ở xa mắt nhất qua kính có ảnh hiện ở Cv của mắt ta có: dk là d vk = O k A , dk’ là d vk ' = O k A' , dm là d vm = OA + Dk là độ tụ và fk là tiêu cự của kính Dạng 1: Bài tập về độ tụ và độ biến thiên độ tụ của mắt Cách giải Độ tụ của mắt khi điều tiết tối đa: Độ tụ của mắt khi không điều tiết: Độ biến thiên độ tụ của mắt: D max = Dc = D min = D v = ΔD = Dc - D v = 1 1 1 = + fc OCc OV 1 1 1 = + fv OC v OV 1 1 1 1 = fc f v OCc OC v Ví dụ 1.1: Một người có mắt bình thường nhìn thấy được các vật ở rất xa m à không phải điều tiết. Khoảng cực cận của người này là 25 cm. Độ tụ của m ắt người này khi điều tiết tối đa tăng thêm bao nhiêu? Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 9- Sáng kiến kinh nghiệm Tóm tắt: OCc = 25cm OCv = ∞ ΔD = Dc - D v =? Giải Độ tăng độ tụ của mắt người này khi điều tiết tối đa là: ΔD = Dc - Dv = 1 1 1 1 1 1 = = = 4dp fc f v OCc OCv 0,25  Ví dụ 1.2: Một người có thể nhìn rõ vật ở xa vô cực không cần điều tiết v à nhìn v ật cách mắt 25cm khi điều tiết tối đa. Độ tụ của mắt có thể thay đổi trong khoảng nào, cho biết khoảng cách từ quang tâm của mắt đến võng mạc là 16 mm. Tóm tắt: Giải OCc = 25cm Độ tụ của mắt khi điều tiết tối đa: OCv = ∞ D max = Dc = OV = 16mm Dmin = Dv? Dmax = Dc? 1 1 1 1 1 = + = + = 66,5dp fc OCc OV 0,25 0,016 Độ tụ của mắt khi không điều tiết: D min = D v = 1 1 1 1 1 = + = + = 62,5dp fv OC v OV  0,016 Vậy độ tụ của mắt biến thiên trong khoảng từ 66,5dp đến 62,5dp Ví dụ 1.3: “Bài 7.42”, [2, 89] Khoảng cách từ quang tâm thấu kính mắt đến màng lưới của một mắt bình thường là 1,5cm. a. Tính độ tụ của mắt ứng với khi mắt nhìn vật đặt ở điểm cực viễn. b. Khả năng điều tiết của mắt giảm theo độ tuổi. So với lúc không điều tiết thì khi mắt điều tiết tối đa, độ tụ của mắt tăng thêm một lượng ΔD =  16 - 0,3.n  dp với n là số tuổi tính theo đơn vị là năm. Tính khoảng cực cận của mắt ở tuổi 17. Tóm tắt: OCv = ∞ OV = 1,5cm a. Dv =? b. Cho ΔD =  16 - 0,3.n  dp Giải a. Mắt bình thường có cực viễn ở vô cực nên: Dv = 1 1 1 1 1 = + = + = 66,67dp fv OC v OV  0,015 b. - Độ tụ của mắt ở tuổi 17 ứng với khi mắt nhìn vật đặt ở điểm cực cận: Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 10- Sáng kiến kinh nghiệm với n =17, OCc =? Dc = D v + ΔD = 66,67 + 16 - 0,3.17 = 77,57dp - Khoảng cực cận của mắt ở tuổi 17: Dc = 1 1 1 1 1 = +  77,57 = + fc OCc OV OCc 0,015  OCc 0,0917m = 9,17cm Ví dụ 1.4: “ Bài 5”, [3, 89] Một mắt cận thị có khoảng thấy rõ dài nhất là 12cm. a. Khi mắt không điều tiết thì độ tụ của mắt là 62,5dp. Tính khoảng cách từ quang tâm của mắt đến võng mạc. b. Khi mắt điều tiết tối đa thì độ tụ của mắt là 67,5dp. Tính khoảng thấy rõ ngắn nhất của mắt. Tóm tắt: OCv = 12cm Giải a. Khi mắt không điều tiết thì độ tụ của mắt a. Dv = 62,5dp OV =? Dv = 1 1 1 1 1 = +  62,5 = + fv OC v OV 0,12 OV  OV = 0,01846m b. Dc = 67,5dp, OCc=? Vậy khoảng cách từ quang tâm đến võng mạc là 1,846cm b. Khi mắt điều tiết tối đa thì độ tụ của mắt Dc = 1 1 1 1 1 = +  67,5 = + fc OCc OV OCc 0,01846  OCc 0,075m Vậy khoảng thấy rõ ngắn nhất của mắt là 7,5cm Dạng 2: Bài tập về mắt cận và cách khắc phục Cách giải - Nếu OCv là hữu hạn thì đó là mắt cận. Điểm Cc ở gần mắt hơn bình thường. - Đeo kính sửa tật để nhìn rõ vật ở xa vô cực không cần điều tiết, khi đó ảnh của vật qua kính hiện ở Cv của mắt, sơ đồ tạo ảnh của vật qua kính: AB    dvk O; kdvk' A'B'  C v  O  A''B''  V Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 11- Sáng kiến kinh nghiệm Vị trí vật AB và ảnh A’B’ liên hệ với tiêu cự và độ tụ của kính đeo theo công thức: Dk  1 1 1 = + fk d vk d vk ' trong đó d vk =  , d vk ' = -  OC v - l   f k = -(OC v - l) , nếu kính sát mắt thì f = -OC k v - Nhìn vật AB ở gần nhất qua kính thì ảnh của vật là ảnh ảo hiện ở C c của mắt, sơ đồ tạo ảnh của vật qua kính: AB  dck O; kdck' A'B'  Cc  O  A''B''  V Vị trí vật AB và ảnh A’B’ liên hệ với tiêu cự và độ tụ của kính đeo theo công thức: Dk  1 1 1 = + fk d ck d ck ' Trong đó dck = dcm - l , với dcm là khoảng cách từ vật gần nhất đến mắt, còn được gọi là khoảng cực cận khi đeo kính, d ck ' = -  OCc - l  . Từ công thức thấu kính và các dữ kiện đã cho ta suy ra đại lượng cần tìm. Chú ý: * Khi đeo có fk = -(OCv - l) hay f k  OCv - l thì mắt cận nhìn được vật ở vô cực khi không cần điều tiết. * Khi đeo kính có f k  OCv - l tức là kính nhẹ quá thì khi không cần điều tiết, hệ mắt cận và kính này nhìn được vật xa hơn khi không đeo kính nhưng vẫn không nhìn được vật ở vô cực. * Khi đeo kính có f k  OC v - l tức là kính nặng quá thì hệ mắt cận và kính này nhìn được vật xa vô cực khi có điều tiết nên mắt rất chóng mỏi. Ví dụ 2.1: Một người nhìn rõ vật ở xa nhất cách mắt 50cm và gần nhất cách mắt 12,5cm. a. Mắt người này bị tật gì? Tính độ tụ của kính phải đeo sát mắt để sửa tật. b. Khi đeo kính trên thì mắt người đó nhìn rõ những vật nằm trong khoảng nào trước kính. Tóm tắt: Giải OCc = 12,5cm a. Điểm cực viễn không ở vô cực nên đây là mắt cận. OCv = 50cm Tiêu cự của kính phải đeo sát mắt: Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 12- Sáng kiến kinh nghiệm l=0 fk = -OCv = -50 cm = -0,5m a. Mắt bị tật gì? 1  Dk = f k = -2 dp sửa tật đeo kính có Dk? b. dcm=? dvm=? khi b. Khi đeo kính khắc phục tật cận thị thì nhìn vật gần nhất sẽ có ảnh ảo hiện ở Cc: đeo kính sửa tật dck’ = - OCc = -12,5cm, fk = -50 cm, nên d ck = d ck ' .f k 16,7cm d ck ' - f k d cm = d ck + l 16,7cm Vậy khi đeo sát mắt kính có độ tụ -2đp thì người này có thể nhìn rõ vật cách mắt từ 16,7cm đến ∞ hay khi đeo kính trên thì khoảng cực cận và cực viễn mới của mắt người này là 16,7cm và ∞. Nhận xét: Bài toán cho giới hạn nhìn rõ của một mắt cận thị. Yêu cầu tìm độ tụ của kính sửa tật đeo sát mắt và giới hạn nhìn rõ của hệ mắt đeo kính (sửa tật theo cách thông thường là để nhìn vật ở xa). Ví dụ 2.2 “Bài 7. 43”, [2, 89] Một học sinh do thường xuyên đặt sách cách mắt 11 cm khi đọc nên sau một thời gian học sinh này không còn nhìn rõ được những vật ở cách mắt hơn 101 cm. a. Mắt của học sinh này bị tật gì? Tìm độ tụ của kính phải đeo sát mắt để khắc phục tật đó? b. Xác định khoảng nhìn rõ của mắt khi học sinh này đeo kính để nhìn rõ những vật ở xa vô cùng mà mắt không điều tiết? Biết kính đeo cách mắt 1 cm. Tóm tắt: OCv = 101cm a. Mắt bị tật gì? Giải a. + OCv = 101cm là hữu hạn nên mắt của học sinh này bị cận thị. + Để khắc phục tật cận thị em này phải đeo sát mắt một khi l=0 kính sửa có thấu kính phân kỳ 1 có Dk1=? b. khi l = 1cm kính sửa có Dk2=? dcm và dvm khi đó 1 fk1 = - OCv = -101 cm= -1,01m nên Dk1 = f k1 = -0,99 dp b. + Để nhìn rõ những vật ở xa vô cùng mà mắt không điều tiết học sinh này phải đeo cách mắt 1cm một thấu kính phân Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 13- Sáng kiến kinh nghiệm kỳ 2 có 1 fk2 = - (OCV - l) = -100cm = -1m  Dk2 = f k2 = -1dp + Nhìn vật AB ở gần nhất qua kính 2 thì ảnh của vật là ảnh ảo hiện ở Cc của mắt: dck’ = -(OCc - l)= - 10cm, fk2 = -100cm nên d ck = d ck ' .f k2 11,11cm d ck ' - f k2 d cm = d ck + l 12,11cm Vậy khi đeo cách mắt 1cm thấu kính phân kỳ có độ tụ Dk2 = -1dp để nhìn vật ở xa vô cùng mà mắt không điều tiết thì khoảng nhìn rõ của người này cách mắt từ 12,11cm đến ∞ hay khi đeo kính trên thì khoảng cực cận và cực viễn mới của mắt người này là 12,11cm và ∞. Nhận xét: Bài toán cho giới hạn nhìn rõ của một mắt cận thị. Yêu cầu tìm độ tụ của kính sửa tật đeo cách mắt một khoảng l = 1cm và giới hạn nhìn rõ của mắt đeo kính (sửa tật theo cách thông thường là để nhìn vật ở xa) . Ví dụ 2.3. “Ví dụ”, [3, 86] Một người cận thị có giới hạn nhìn rõ từ 20cm đến 50cm. Có thể sửa tật cận thị của người đó bằng hai cách: * Đeo kính cận L1 để khoảng thấy rõ dài nhất là vô cực (có thể nhìn rõ vật ở rất xa). * Đeo kính cận L2 để khoảng thấy rõ ngắn nhất là 25cm (bằng khoảng thấy rõ ngắn nhất của mắt bình thường). a. Hãy xác định số kính (độ tụ) của L1 và L2. b. Tìm khoảng thấy rõ ngắn nhất khi đeo kính L1 và khoảng thấy rõ dài nhất khi đeo kính L2. c. Hỏi sửa tật cận thị theo cách nào lợi hơn, vì sao? Giả sử kính đeo sát mắt. Tóm tắt: OCv = 50cm OCc= 20cm l=0 Giải a. + Để nhìn vật ở xa vô cực mà mắt không phải điều tiết thì phải đeo sát mắt kính L1 có tiêu cự: fk1 = -OCv = -50 cm = -0,5m Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 14- Sáng kiến kinh nghiệm 1  Dk1 = f k1 = -2 dp a. + dvm1 =∞, Dk1=? + dcm2 = 25cm, Dk2 =? b. + dcm1=? + dvm2=? c. Nhận xét về 2 cách sửa tật cận thị. + Ảnh của vật ở gần, cách mắt 25cm qua kính L 2 sẽ hiện ở Cc của mắt: dcm2 = 25cm  dck2 = dcm2 - l = 25cm, dck2’= -OCc = -20cm  f k2 = d ck2 . d ck2' 1 = -100cm  D k2 = = -1dp d ck2 + d ck2' f k2 b. + Khi đeo kính L1 nhìn vật gần nhất sẽ thấy ảnh ảo của vật hiện ở Cc: dck1’ = - OCc = -20cm, fk1 = -50cm, nên d ck1 = d ck1' .f k1  33,3cm d ck1' - f k1 d cm1 = d ck1 + l 33,3cm Vậy khoảng thấy rõ ngắn nhất khi đeo kính L1 là 33,3cm. + Vật ở xa qua kính thứ hai sẽ có ảnh ảo hiện ở C v của mắt: dvk2’ = -OCv = -50cm, fk2 = -100cm d vk2 = d vk2' . f k2 = 100cm  d vm2 = d vk2 + l = 100cm d vk2 ' - f k2 Vậy khoảng thấy rõ dài nhất khi đeo kính L2 là 100cm c. Đeo kính L1 có thể nhìn rõ vật cách mắt từ 33,3cm đến ∞. Đeo kính L2 có thể nhìn rõ vật cách mắt từ 25cm đến 100cm. Vậy sửa tật cận thị theo cách thứ nhất ( đeo kính L 1) lợi hơn vì giới hạn nhìn rõ lớn hơn, còn nếu muốn nhìn các vật gần hơn 33,3cm thì chỉ cần tháo kính ra. Nhận xét: Bài toán cho giới hạn nhìn rõ của một mắt cận thị và đưa ra hai cách sửa tật. Ta thấy: - Đeo kính L1 nhìn được vật ở vô cực không cần điều tiết. Đeo kính L 2 để khoảng cực cận bằng khoảng cực cận của mắt bình thường. Kính L2 có số kính nhỏ hơn số kính của kính L1: D k2  D k1 hay kính L2 nhẹ hơn kính L1 nên đeo kính L2 chỉ nhìn được vật xa mắt nhất là 100cm chứ không nhìn được vật ở vô cực. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 15- Sáng kiến kinh nghiệm - Ta thấy cách sửa thứ nhất lợi hơn ( theo phần so sánh ở trên) vì vậy thường sửa tật theo cách thứ nhất. Ví dụ 2.4. (trích Đề thi Tuyển sinh Đại học Huế - năm 2000) Một người cận thị có điểm cực viễn cách mắt 50cm và điểm cực cận cách mắt 15cm. a. Nếu người ấy muốn nhìn rõ vật ở xa vô cực mà mắt không phải điều tiết thì phải đeo sát mắt thấu kính có độ tụ bao nhiêu? Khi đeo kính đó người ấy nhìn rõ điểm gần nhất cách mắt bao nhiêu? b. Nếu người ấy muốn cho điểm nhìn rõ gần nhất cách mắt 25cm thì phải đeo sát mắt thấu kính có độ tụ bao nhiêu? Từ hai kết quả tính toán trên rút ra kết luận gi? Tóm tắt OCv = 50cm OCc= 15cm Giải a. + Để nhìn vật ở xa vô cực mà mắt không phải điều tiết thì tiêu cự của kính L1 phải đeo sát mắt: fk1 = -OCv = -50 cm = -0,5m a. dvm1 =∞, l = 0, Dk1 =?, dcm1 =? 1  Dk1 = f k1 = -2 dp b. dcm2 = 25cm, l =0, Dk2 =? + Khi đeo kính trên nhìn vật gần nhất sẽ có ảnh ảo hiện ở Cc: dck1’ = - OCc = -15cm, fk1 = -50 cm, nên d ck1 = d ck1' .f k1  21, 4cm d ck1' - f k1 d cm1 = d ck1 + l 21, 4cm b. + Tương tự như trên ảnh của vật ở gần qua kính thứ hai L2 sẽ hiện ở Cc của mắt: dcm2 = 25cm  dck2 = 25cm, dck2’= -OCc = -15cm  f k2 = d ck2 . d ck2' 1 8  -37,5cm  Dk2 = = - dp d ck2 + d ck2 ' f k2 3 + Đeo kính L2 nhìn vật ở vô cực: dvk2 = ∞, fk2 = -37,5cm  dvk2’= fk2 = -37,5cm Như vậy ảnh ảo A’B’ của vật hiện ở điểm cách mắt 37,5cm trong giới hạn nhìn rõ của mắt nhưng không phải ở điểm C v nên mắt nhìn được vật ở vô cực nhưng phải điều tiết. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 16- Sáng kiến kinh nghiệm So sánh hai cách sửa tật: Đeo kính L1 có thể nhìn rõ vật cách mắt từ 21,4cm đến ∞, nhìn vật ở ∞ mắt không phải điều tiết. Đeo kính L2 có thể nhìn rõ vật cách mắt từ 25cm đến ∞, nhìn vật ở ∞ mắt phải điều tiết nên chóng mỏi. Nhận xét: Bài toán tương tự ví dụ 2.3: cũng cho giới hạn nhìn rõ của một mắt cận thị và đưa ra hai cách sửa tật. Ta thấy: - Đeo kính L1 nhìn được vật ở vô cực không cần điều tiết. Kính L 2 có số kính lớn hơn số kính của kính L1: D k2  D k1 hay kính L2 nặng hơn kính L1 nên đeo kính L2 nhìn được vật xa vô cực nhưng phải điều tiết. - Ta thấy đeo kính L1 lợi hơn ( theo phần so sánh ở trên) vì vậy thường sửa tật theo cách thứ nhất. Qua hai ví dụ 2.3 và 2.4 ta thấy sửa tật cận thị trên thực tế cho mắt cận đeo kính phân kỳ để nhìn rõ vật ở xa không phải điều tiết. Ví dụ 2.5 (Trích Đề thi tuyển sinh Đại học Quốc gia tp Hồ Chí Minh – 1999) 100 Một người đeo kính có độ tụ D 1 = +1dp có thể nhìn rõ các vật cách mắt từ 7 cm đến 25cm. a. Mắt bị tật gì? Để sửa tật này người ấy phải đeo kính có độ tụ D2 bằng bao nhiêu? b. Khi đeo kính có độ tụ D2 người ấy thấy rõ các vật gần nhất cách mắt bao nhiêu? Kính đeo sát mắt. Tóm tắt Giải l=0 f k1 = 1 = 1m = 100cm D1 . D1 = +1dp Tiêu cự của kính thứ nhất 100 dcm1 = 7 cm + Vật ở gần, qua kính có ảnh hiện ở Cc: dvm1 = 25cm 100 dck1 = 7 cm, dck1’ = -OCc a. Mắt bị tật gì? Kính sửa có D2 =? d ck1' = d ck1.f k1  -16,7cm d ck1 -f k1 nên OCc = 16,7cm. b. Đeo kính có Dk2 mà thì dcm2 =? + Vật ở xa, qua kính có ảnh hiện ở Cv: Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 17- Sáng kiến kinh nghiệm dvk1 = 25cm, dvk1’ = -OCv mà d vk1' = d vk1.f k1  -33,3cm d vk1 - f k1 nên OCv = 33,3cm. a. Cực viễn của mắt cách mắt 33,33cm, không phải ở vô cực nên mắt này bị cận thị. Để sửa tật phải cho mắt này đeo sát mắt một thấu kính phân kỳ có tiêu cự: fk2 = -OCv = -33,3cm  D2 = 1 = -3dp f k2 b. Khi đeo kính có độ tụ D 2 người này nhìn vật gần nhất sẽ thấy ảnh hiện ở Cc nên dck2’ =  d ck2 l – d ck2' .f k2 = d ck2 ' - f k2 OCc = -16,7cm, 33,5cm  d cm2 fk2 = -33,3cm 33,5cm Vậy đeo sát mắt kính có độ tụ D 2 = -3đp người này thấy rõ các vật gần nhất cách mắt 33,5cm. Nhận xét: - Ý thứ nhất của câu a của bài toán này ngược với nội dung trình bày ở các ví dụ trên: cho giới hạn nhìn rõ của mắt khi đeo kính L 1 có độ tụ D1, yêu cầu tìm giới hạn nhìn rõ của mắt khi không đeo kính. - Ý thứ hai câu a và câu b tương tự như nội dung các ví dụ trên: tìm độ tụ D2 của kính L2 phải đeo để sửa tật cho mắt rồi suy ra giới hạn nhìn rõ của mắt khi đeo kính L2. Dạng 3: Bài tập về mắt viễn và cách khắc phục Cách giải - Nếu OCc > 25cm đó là mắt viễn, người viễn thị có nhìn được vật ở xa vô cực nhưng mắt phải điều tiết. - Người viễn thị cần đeo thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp để nhìn vật ở gần như mắt bình thường. Khi đó ảnh của vật ở gần qua kính hiện ở C c của mắt. Sơ đồ tạo ảnh của vật AB qua kính sửa tật AB  dck O; kdck'  A'B'  Cc  O  A''B''  V Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 18- Sáng kiến kinh nghiệm Khi đó khoảng cách từ vật gần nhất đến kính là d ck = dcm - l , với dcm là khoảng cách từ vật gần nhất đến mắt, còn được gọi là khoảng cực cận khi đeo kính, d ck ' = -  OCc - l  = l - OCc , áp dụng công thức thấu kính Dk  1 1 1 = + fk d ck d ck ' suy ra độ tụ kính đeo hay đại lượng cần tìm theo yêu cầu đề bài. Ví dụ 3.1 “Bài 306”, [4, 146] Một người viễn thị không đeo kính nhìn rõ vật gần nhất cách mắt 50cm. Khi đeo kính nhìn rõ vật gần nhất cách mắt 25cm a. Tính độ tụ của thấu kính phải đeo. b. Khi đeo kính trên nhìn vật cách mắt 30cm thấy vật ở đâu? Có điều tiết tối đa hay chưa? Biết kính đeo sát mắt. Tóm tắt OCc = 50cm l = 0, dcm = 25cm a. Dk =? Giải a. Khi nhìn vật gần nhất cách mắt 25cm, ảnh ảo của vật qua kính sẽ hiện ở Cc của mắt: dcm = 25cm  dck = 25cm, dck’ = -OCc = -50cm Tiêu cự của kính phải đeo: b. dm = 30cm, ảnh của vật cách mắt 25 .  -50  d ck . d ck ' f = = = 50cm k bao nhiêu? d +d ' 25 - 50 ck ck = 0,5m 1 nên Dk = f k = 2 dp b. Tương tự như câu a, khi đeo kính trên nhìn vật cách mắt 30cm: 30cm  dm = dk =30cm, dk ' = dk . fk 30.50 = = - 75cm dk - fk 30 - 50 fk = 50cm, có Vậy người này nhìn vật cách mắt 30cm thấy vật cách kính 75cm và cũng cách mắt 75cm, mà OC c = 50cm nên chưa điều tiết tối đa. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 19- Sáng kiến kinh nghiệm Nhận xét: Bài toán cho khoảng cực cận của mắt viễn thị.: - Yêu cầu tìm độ tụ kính đeo để nhìn rõ vật ở gần như mắt bình thường (đây là cách sửa tật viễn thị thường áp dụng trong thực tế). - Cho khoảng cách từ vật đến mắt, xác định vị trí ảnh khi đeo kính sửa tật trên Xét trường hợp kính đeo sát mắt. Ví dụ 3.2 “ Bài 2” [6, 199] Một người viễn thị có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là 50cm muốn đọc sách cách mắt 25cm. a. Tính độ tụ của kính phải đeo, biết kính đeo sát mắt. b. Vì người này quên không mang kính nên phải mượn kính của người khác có độ tụ 2,5đp. Hỏi kính phải đặt cách mắt bao nhiêu để vẫn đọc được hàng chữ cách mắt 25cm. Tóm tắt OCc = 50cm dcm = 25cm a. l =0, Dk1 =? b. Dk2 = 2,5dp, l =? Giải a. Giải tương tự câu a của Ví dụ 3.1 muốn đọc sách cách mắt 25cm thì người này cần đeo sát mắt một thấu kính hội tụ có độ tụ Dk1 = 2đp. b. Kính mượn có độ tụ Dk2 = 2,5đp  f k2 = 1 = 0,4m = 40cm D2 Đeo kính đọc sách thì ảnh ảo của dòng chữ hiện ở Cc: dcm = 25cm  dck = dcm - l = (25 - l)cm, dck’ = -(OCc - l) = -(50 - l)cm. Từ công thức thấu kính: 1 1 1 1 1 1 71,5cm > 25cm = +   +  l = f k2 d ck d ck ' 40 25 - l -  50 - l  3,5cm Vậy đeo kính mượn có độ tụ D2 = 2,5đp cách mắt khoảng 3,5cm thì người này mới đọc được sách 25cm. Nhận xét: Bài toán cho khoảng cực cận của mắt viễn thị. - Yêu cầu tìm độ tụ kính sửa đeo sát mắt. - Cho độ tụ kính sửa. Tìm khoảng cách từ kính đến mắt. Ví dụ 3.3: Một mắt viễn thị có cực cận cách mắt 50 cm. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 20-