Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC TÌNH HUỐNG HỌC TẬP TRONG DẠY HỌC PHẦN “QUANG HÌNH HỌC” VẬT LÝ 11

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC TÌNH HUỐNG HỌC TẬP TRONG DẠY HỌC PHẦN “QUANG HÌNH HỌC” VẬT LÝ 11

Tải bản đầy đủ - 0trang

CHƯƠNG 2

XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC TÌNH HUỐNG HỌC TẬP TRONG

DẠY HỌC PHẦN “QUANG HÌNH HỌC” VẬT LÝ 11

2.1. Phân tích nội dung khoa học kiến thức phần “Quang hình” Vật lí 11

2.1.1. Những khái niệm cơ bản của quang hình học

2.1.1.1. Tia sáng và chùm sáng

Tia sáng là một khái niệm thuần túy toán học diễn tả đường truyền của

ánh sáng. Mỗi chùm sáng chứa vô số tia sáng.

Tập hợp vô số tia sáng xuất phát từ một điểm, hay gặp nhau tại một

điểm tạo thành một chùm đồng quy.

Hình 2.1: a) Chùm phân kì; b) Chùm hội tụ; c) Chùm song song



P



P



a)



b)



c)



2.1.1.2. Ảnh thật. Ảnh ảo. Vật thật, vật ảo

Hệ quang học khơng làm mất tính đồng quy của các chùm tia sáng gọi

là hệ quang học lí tưởng.

Nếu các tia sáng xuất phát từ một điểm P, sau khi đi qua hệ quang học

lí tưởng đồng quy tại điểm P’ , thì P’ là ảnh quang học của điểm sáng P.

P’ được gọi là ảnh thật nếu các tia sáng qua quang hệ cắt nhau tại P’

(Hình a), là ảnh ảo nếu đường kéo dài của các tia sáng đi qua quang hệ cắt

nhau tại P’ (Hình b).



- 40 -



Ket-noi.com

Ket-noi.com kho

kho tai

tai lieu

lieu mien

mien phi

phi



Hình 2.2: Ảnh thật, ảnh ảo



P’



P





a) ảnh thật

b) ảnh ảo



P

P’

Điểm sáng P được gọi là vật thật đối với thấu kính (hoặc gương) nếu

chùm tia sáng xuất phát từ P đi tới thấu kính (hoặc gương) là chùm phân kì.

Trong trường hợp chùm tia tới thấu kính (hoặc gương) là chùm hội tụ có

đường kéo dài cắt nhau tại P, thì P là vật ảo đối với thấu kính (hoặc gương).

Hình 2.3: Vật thật, vật ảo



P



P



vật thật P (đối với thấu kính L)

2.1.1.3. Quang trình



vật ảo P (đối với thấu kính L)

P



Người ta định nghĩa: quang trình giữa hai điểm A, B trong môi trường

là đoạn đường ánh sáng truyền đi được trong chân không trong cùng khoảng

thời gian t, (là thời gian ánh sáng truyền trong môi trường từ A đến B).

2.1.2. Những định luật cơ bản của quang hình học

2.1.2.1. Định luật truyền thẳng của ánh sáng

“Trong một môi trường đồng tính, ánh sáng truyền theo đuờng thẳng”

Thực vậy, trong mơi trường đồng tính, chiết suất n bằng nhau tại mọi

điểm. Quang lộ cực trị cũng có nghĩa là quãng đường (hình học) cực trị. Mặt

khác, trong hình học ta đã biết: đường thẳng là đường ngắn nhất nối liền hai

điểm cho trước. Ta tìm lại được định luật truyền thẳng ánh sáng.

- 41 -



2.1.2.2. Định luật về tác dụng độc lập của các chùm tia sáng

Định luật này được phát biểu như sau: Tác dụng của các chùm sáng

khác nhau là độc lập với nhau, nghĩa là tác dụng của một chùm sáng này

khơng phụ thuộc vào sự có mặt hay không của các chùm sáng khác.

2.1.2.3. Nguyên lý về tính thuật nghịch

của chiều truyền ánh sáng



C



A



B



Nếu ACB là một đường truyền

ánh sáng (một tia sáng) thì trên đường

đó có thể cho ánh sáng đi từ A đến B



Hình 2.4: Tính thuận nghịch

của chiều truyền ánh sáng



hoặc từ B đến A (hình bên).

2.1.2.4. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng.

Khi cho một chùm sáng tới gặp mặt phân

cách giữa hai mội trường trong suốt đồng tính



N

S



S

'



(chẳng hạn giữa khơng khí và nước), thì người

ta thấy có hiện tượng chùm sáng bị tách làm hai

phần: phần bị đổi hướng trở lại môi trường cũ

gọi là phần phản xạ; và phần bị gãy khúc (đổi



ii

'

I

r



hướng đột ngột) ở mặt phân cách đi vào mơi

trường hai gọi là phần khúc xạ(hình bên). Đó là

hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng.



R

N

'



Góc hợp bởi tia tới SI và pháp tuyến IN với mặt phản xạ gọi là góc tới

i; góc hợp bởi tia phản xạ IS’ và pháp tuyến IN gọi là góc phản xạ i’ ; góc hợp

bởi tia khúc xạ IR và pháp tuyến IN’ gọi là góc khúc xạ r.

Sự phản xạ và khúc xạ tuân theo hai định luật sau đây:

* Định luật phản xạ ánh sáng: Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới

(mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến với mặt phản xạ vẽ từ điểm tới) và góc

phản xạ bằng góc tới:

i’ = - i



(1)



- 42 -



Ket-noi.com

Ket-noi.com kho

kho tai

tai lieu

lieu mien

mien phi

phi



Người ta quy ước: góc được tính từ pháp tuyến được xem là dương nếu

ta quay pháp tuyến đến gặp tia sáng theo chiều ngược chiều kim đồng hồ,

ngược lại là âm.

* Định luật khúc xạ ánh sáng: Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và

tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ là một đại lượng không đổi

đối với hai môi trường đã cho trước:



sin i

 n21

sin r



(2)



Đại lượng không đổi n21 đượng gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường 2

đối với môi trường 1.

Từ (2) ta thấy, nếu n21 > 1 thì r < i, tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn.

Ngược lại, nếu n21 < 1, thì r > i, tia khúc xạ lệch ra xa pháp tuyến hơn, trong

trường hợp này môi trường 2 kém chiết quang hơn môi trường 1.

2.1.2.5. Hiện tượng phản xạ tồn phần

Ta xét hai mơi trường 1 và 2 có chiết suất là n1 và n2. Nếu n1 < n2 thì r <

i và mọi tia tới đều cho tia khúc xạ.

Nếu n1 > n2 thì r > i, trong trường hợp nay không phải mọi tia tới đều

cho tia khúc xạ. Khi góc tới i đạt giá trị i gh nào đó, thì góc phản xạ r = π/2.

Khi đó tia khúc xạ nằm trùng với mặt phẳng phân cách giữa hai mơi trường

(Hình bên). Khi i > igh thì tồn bộ tia sáng tới bị phản xạ và khơng còn tia

khúc xạ nữa. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. Góc igh

được gọi là góc tới giới hạn phản xạ tồn phần. Đối với một cặp mơi trường

cho trước ta có thể tính giá trị igh từ biểu thức của định luật khúc xạ. Thực

vậy, khi i = igh thì r = π/2, từ đó ta rút ra:

sin i gh 



n2

n1



(3)



2.1.2.6. Nguyên lý Fermat

Các định luật cơ bản của quang hình học mà ta nghiên cứu ở trên có thể

tìm được từ: Một nguyên lý duy nhất gọi là nguyên lý Femat. Nguyên lý này

- 43 -



được phát biểu như sau: Trong vô số các đường đi khả dĩ từ điểm A đến điểm

B, ánh sáng sẽ truyền theo đường đi mà quang trình là cực tiểu.

Từ nguyên lý Femat, có thể suy ngay ra định luật truyền thẳng ánh

sáng. Trong mơi trường đồng tính, đường truyền ánh sáng mất ít thời gian

nhất (hay quang trình cực tiểu) chính là đường nối hai điểm A và B.

2.1.3. Mắt và các dụng cụ quang học

2.1.3.1. Lăng kính.

* Cấu tạo lăng kính

Lăng kính là một khối trong suốt,

đồng chất( thuỷ tinh , nhựa…), được giới

hạn bởi hai mặt phẳng không song song.

* Các yếu tố của lăng kính

- Hai mặt phẳng giới hạn trên được

gọi là mặt bên của lăng kính.

- Cạnh của lăng kính: Giao tuyến của hai mặt bên

- Đáy của lăng kính : Mặt phẳng đối diện với cạnh.

- Mặt phẳng tiết diện chính. : Mặt phẳng bất kì vng góc với cạnh

.Trong thực tế, lăng kính là một khối lăng trụ có tiết diện là một tam giác.

- Góc A làm bởi hai mặt lăng kính được gọi là góc chiết quay hay góc

ở đỉnh của lăng kính

* Các cơng thức lăng kính.

Chiếu tới mặt bên AB của lăng kính

một tia sáng đơn sắc SI

Tia sáng này sẽ bị khúc xạ tại I và J

khi đi qua các mặt bên, và ló ra theo tia JR.

Đường đi của tia sáng SIJR nằm

trong mặt phẳng tiết diện chính BAC.

Gọi :



i : Góc tới của tia sáng đi tới lăng kính..

i’ : Góc ló của tia sáng đi qua lăng kính.

- 44 -



Ket-noi.com

Ket-noi.com kho

kho tai

tai lieu

lieu mien

mien phi

phi



D : góc lệnh của tia sáng đi qua lăng kính (Làm bởi tia tới

SI và tia ló và tia ló JR ).



sin i  n sin r

sin i '  n sin r '



Ta có các cơng thức của lăng kính : r  r '  A



 D  i  i ' A

* Biến thiên của góc lệnh theo góc tới

Thí nghiệm cho biết, khi góc tới

thay đổi thì góc lệnh cũng thay đổi và qua

một giá trị cực tiểu (gọi là góc lệch cực

tiểu), kí hiệu là Dm.

Khi tia sáng có góc lệch cực tiểu,

đường đi tia sáng đối xứng qua mặt phân

giác của góc ở đỉnh A.

Ta có: sin



Dm  A

A

 n sin

2

2



2.1.3.2. Thấu kính mỏng

* Định nghĩa: Thấu kính là một khối trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt

cầu hoặc một mặt phẳng và một mặt cầu.

* Phân loại :



* Định nghĩa các yếu tố của thấu kính :

- R1, R2 : Bán kính các mặt cầu (mặt

phẳng được coi là có bán kính vơ cực).

- C1C2 : Trục chính, là đường thẳng



- 45 -



nối các tâm của hai mặt cầu (hoặc đi qua tâm

của mặt cầu và vng góc với mặt phẳng).

- O: Quang tâm thấu kính (O là điểm

mà trục chính cắt thấu kính).

- Trục phụ: Đường thẳng bất kì đi qua quang tâm O.

-  : Được gọi là đường kính mở hay đường kính khẩu độ.

* Tiêu điểm.

- Tiêu điểm ảnh chính: Giao điểm của các tia ló (hay đường kéo dài

của các tia ló) khi chùm tia tới song song với trục chính. Kí hiệu : F’.

- Tiêu điểm vật chính (tiêu điểm vật) : Giao điểm của các tia tới (hay

đường kéo dài của các tia tới) khi chùm tia ló song song với trục chính.

Tiêu điểm F và F’ đối xứng với nhau qua quang tâm.

* Tiêu diện. Tiêu diện phụ.

- Tiêu diện vật : Mặt phẳng vng góc với trục chính tại tiêu điểm vật F.

- Tiêu diện ảnh : Mặt phẳng vng góc với trục chính tại tiêu điểm ảnh

chính F’.

- Tiêu điểm vật phụ : Điểm cắt của một trục phụ bất kì với tiêu diện vật.

- Tiêu điểm ảnh phụ.: Điểm cắt của một trục phụ bất kì với tiêu diện ảnh.

*



Tiêu cự:

- Định nghĩa : Tiêu cự là độ dài đại số ,được kí hiệu f, có trị số tuyệt đối



bằng khoảng cách từ các tiêu điểm tới quang tâm thấu kính.

- Cơng thức :



|f| = OF = OF’ (6.1).



- Quy ước :



f > 0 với thấu kính hội tụ.

f <0 với thấu kính phân kì.



* Độ tụ:

- Định nghĩa: Độ tụ là một đại lượng dùng để xác định khả năng làm

hội tụ chùm tia nhiều hay ít .

- Cơng thức:



D



1

f



- 46 -



Ket-noi.com

Ket-noi.com kho

kho tai

tai lieu

lieu mien

mien phi

phi



- Đơn vị :



điôp (với tiêu cự f tính ra met).



- Qui ước dấu :



Với thấu kính hội tụ, D > 0.

Với thấu kính phân kì, D < 0.



- Cơng thức tính độ tụ của thấu kính:



D



 1

1

1 



 (n  1) 

f

 R1 R2 



n : chiết suất tỉ đối của vật liệu làm thấu kính đối

với mơi trường xung quanh thấu kính.

R1, R2 : Bán kính của các mặt thấu kính,

- Quy ước :



R1, R2 > 0 với các mặt lồi,

R1, R2 < 0 với các mặt lõm,

R1 (hay R2) =  với mặt phẳng.



* Đường đi của tia sáng đặc biệt qua thấu kính.

- Tia tới song song với trục chính, tia ló tương ứng (hoặc đường kéo

dài) đi qua tiêu điểm ảnh chính F’.

- Tia tới (hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm vật chính F, tia ló tương

ứng song song với trục chính.

- Tia tới qua tâm O thì đi thẳng.

* Cơng thức thấu kính:

- Quy ước:



1 1 1

 

d d' f



d > 0 với vật thật.

d’ > 0 với ảnh thật.

f > 0 với thấu kính hội tụ.

f < 0 với thấu kính phân kì.

d < 0 với vật ảo.

d’ < 0 với ảnh ảo.



- Độ phóng đại được định nghĩa là :

- Chú ý :



A' B'

d'

k



d

AB



Nếu ảnh và vật cùng chiều, k > 0.

Nếu ảnh và vật ngược chiều, k < 0.

- 47 -



2.1.3.3. Mắt

* Cấu tạo:

Về phương diện quang hình học, ta có thể coi

mắt là một hệ thống bao gồm giác mạc, thuỷ dịch,

thuỷ tinh thể và thuỷ tinh dịch tương đương với

một thấu kính hội tụ (Hình 8.1). Thấu kính tương

đương này được gọi là thấu kính mắt. Tiêu cự của

thấu kính mắt có thể thay đổi được khi độ cong của

các mặt thuỷ tinh thể thay đổi nhờ sự co dãn của cơ

vòng. Võng mạc đóng vai trò như một màn ảnh, tại đó có các tế bào nhạy

sáng nằm ở đầu các dây thần kinh thị giác, gồm các tế bào hình que nhạy với

độ sáng, tối và các tế bào hình nón nhạy với màu sắc.

Trên võng mạc, có một vùng nhỏ màu vàng, rất nhạy với ánh sáng, nằm

gần giao điểm V giữa trục của mắt với võng mạc. Vùng này gọi là điểm vàng.

Dưới điểm vàng một chút có điểm mù. M hồn tồn khơng cảm nhận được

ánh sáng.

b. Sự điều tiết. Điểm cực viễn

và điểm cực cận.



O



V



- Sự điều tiết.

Mắt nhìn rõ vật khi ảnh của vật

cho bởi thấu kính mắt hiện rõ trên



Ảnh của vật hiện rõ trên màng lưới



võng mạc, ảnh này là ảnh thật, ngược

chiều với vật.

Định nghĩa : Sự thay đổi độ cong của các mặt thủy tinh thể (dẫn đến sự

thay đổi tiêu cự của thấu kính mắt) để giữ cho ảnh của vật cần quan sát hiện

rõ trên võng mạc.

- Điểm cực viễn (CV): Điểm xa nhất trên trục của mắt mà vật đặt tại đó

thì ảnh của vật nằm trên võng mạc.



- 48 -



Ket-noi.com

Ket-noi.com kho

kho tai

tai lieu

lieu mien

mien phi

phi



- Điểm cực cận (Cc): Điểm gần nhất trên trục của mắt mà nếu vật đặt tại

đó ảnh của vật nằm trên võng mạc.

- Đ : Khoảng thấy rõ ngắn nhất của mắt là khoảng cách từ điểm cực cận

(Cc) đến mắt .

- Khoảng cách thấy rõ cũa mắt. : Khoảng cách từ điểm cực cận (Cc)

đến điểm cục viễn (Cv).

c. Góc trơng vật và năng suất phân li của mắt.



B



- Góc trơng: Góc trơng đoạn AB vng

góc với trục chính của mắt là góc tạo bởi hai







A



tia sáng xuất phát từ hai điểm A và B tới mắt.

Công thức :



tg 



O



V







AB





- Năng suất phân li của mắt: Góc trơng nhỏ nhất



min



khi nhìn đoạn AB



mà mắt còn phân biệt được hai điểm A,B.

2.1.3.4. Các tật của mắt và cách khắc phục

a. Cận thị.

* Đặc điểm của mắt cận thị:

- Mắt cận thị là mắt nhìn xa kém hơn so với mắt bình thường.

- Điểm cực viễn (CV) của mắt cận thị cách mắt một khoảng không lớn

(cỡ 2 m trở lại, khoảng cách này phụ thuộc vào mắt bị cận thị nặng hay nhẹ).

- Khi khơng điều tiết, thấu kính mắt của mắt cận thị có tiêu điểm nằm

trước võng mạc.

- Điểm cực cận (CC) của mắt cận ở gần mắt hơn so với mắt bình

thường.

* Cách khắc phục tật cận thị:

- Dùng một thấu kính phân kì có độ tụ thích hợp đeo trước mắt hay gắn

nó trước giác mạc.

- Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc.



- 49 -



* Cách chọn kính để khắc phục tật cận thị: Thấu kính phân kì được

chọn sao cho, nếu người cận thị đeo kính thì ảnh của vật ở xa vơ cực sẽ hiện

lên ở tiêu diện ảnh của kính, nên nếu đeo kính sát mắt phải chọn kính có tiêu

cự fk bằng khoảng cách từ quang tâm mắt đến điểm cực viễn.

Fk = - OCV



(dấu trừ ứng với thấu kính phân kì).



b.Viễn thị.

* Đặc điểm của mắt viễn thị:

- Mắt viễn thị là mắt nhìn gần kém hơn. So với mắt bính thường, điểm

cực cận (CC) của mắt viễn thị nằm xa mắt hơn. Khoảng cách này phụ thuộc

vào mắt bị viễn thị nặng hay nhẹ.

- Khi không điều tiết, thấu kính mắt của mắt viễn thị có tiêu điểm nằm

sau vòng mạc. Khi nhìn vật ở vơ cực, mắt viễn đã phải điều tiết.

* Cách khác phục tật viễn thị: Để khắc phục tật viễn thị cũng có hai

cách :

- Dùng một thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp đeo trước mắt hay gắn

sát giác mạc.

- Phẫu thuật giác mạc làm thay đổi độ cong bề mặt giác mạc.

* Cách chọn thấu kính hội tụ khắc phục tật viễn thị: Cần chọn kính sao

cho khi đeo kính thì ảnh của vật tạo bởi kính nằm ở điểm cực cận của mắt viễn.

Ảnh này là ảnh ảo đối với kính, nằm xa mắt hơn vật .Đeo kính như vậy thì khi

mắt nhìn vật ở xa vơ cực cũng đỡ phải điều tiết hơn (so với khi không đeo).

c. Mắt lão và cách khắc phục.

* Đặc điểm mắt lão thị: Với hầu hết mọi người , kể từ tuổi trung niên,

khả năng điều tiết giảm vì cơ mắt yếu đi và thể thủy tinh trở nên cứng hơn.

Hậu quả là điểm cực cận Cc rời xa mắt. Đó là tật lão thị(mắt lão).

* Cách khắc phục: phải đeo kính hội tụ tương tự như nguời viễn thị.

- Đặc biệt, người có mắt cận khi lớn tuổi thường phải: Đeo kính phân kì

để nhìn xa. Đeo kính hội tụ để nhìn gần.



- 50 -



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC TÌNH HUỐNG HỌC TẬP TRONG DẠY HỌC PHẦN “QUANG HÌNH HỌC” VẬT LÝ 11

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×