BÀI 32. KÍNH LÚP
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Định nghĩa
+ Kính lúp là một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trong việc quan sát các vật nhỏ, có tác dụng làm tăng góc trông ảnh bằng cách tạo ra một ảnh ảo lớn hơn vật và nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt.
2. Cấu tạo và đặc điểm
– Kính lúp đơn giản là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (cỡ vài xentimét).
– Tác dụng của kính lúp là tạo ra một ảnh ảo cùng chiều và lớn hơn vật nhiều lần.
3. Cách ngắm chừng
– Đặt vật AB cần quan sát trong khoảng OF của kính, điều chỉnh vị trị của vật hoặc kính để ảnh ảo A'B' của vật hiện trong khoảng thấy rõ của mắt.
– Khi ảnh ảo A'B' hiện ở cực cận: gọi là ngắm chừng ở cực cận.
– Khi ảnh ảo A'B' hiện ở vô cực (tức là điểm cực viễn của mắt thường): gọi là ngắm chừng ở vô cực.
4. Số bội giác
Số bội giác G của một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt là tỉ số góc trông ảnh α của vật qua quang cụ đó và góc trông trực tiếp vật αo bằng mắt khi vật đặt tại điểm cực cận của mắt:
\(G=\frac{\alpha }{{{\alpha }_{0}}}\approx \frac{\tan \alpha }{\tan {{\alpha }_{0}}}\cdot\)
Nếu mắt không tật, điểm cực viễn ở vô cực thì: \({{G}_{\infty }}=\frac{\text{Đ}}{f}\cdot\)
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
Dạng 1. Xác định khoảng ngắm chừng của kính lúp.
Sơ đồ tạo ảnh: \(A{{B}_{d}}\xrightarrow{L}{}_{{{d}^{/}}}{{A}_{1}}{{B}_{1}}\)
+ Ngắm chừng ở cực cận: \({{A}_{1}}{{B}_{1}}\equiv {{C}_{c}}\Rightarrow {{d}^{/}}=-O{{C}_{c}}\)
+ Ngắm chừng ở cực viễn: \({{A}_{1}}{{B}_{1}}\equiv {{C}_{V}}\Rightarrow {{d}^{/}}=-O{{C}_{V}}\)
Áp dụng công thức thấu kính \(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{d}}\mathrm{+}\frac{\mathrm{1}}{{{\mathrm{d}}^{/}}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{f}}\) để xác định khoảng giá trị d.
Dạng 2. Xác định số bội giác G của kính lúp.
+ Công thức số bội giác của kính lúp: \(\mathrm{G=k}\frac{\mathrm{Đ}}{\left| {{\mathrm{d}}^{/}} \right|\mathrm{+}\ell }\cdot\)
– Khi ngắm chừng ở cực cận: \(\left| {{\mathrm{d}}^{/}} \right|\mathrm{+}\ell =\,\mathrm{Đ}\,\Rightarrow {{\mathrm{G}}_{\mathrm{C}}}\mathrm{=}{{\mathrm{k}}_{\mathrm{C}}}.\)
– Khi ngắm chừng ở cực viễn: \({{\mathrm{G}}_{\mathrm{V}}}\mathrm{=}{{\mathrm{k}}_{\mathrm{V}}}.\frac{\mathrm{Đ}}{\left| {{\mathrm{d}}_{V}}^{/} \right|\mathrm{+}\ell }\cdot\)
® Nếu mắt không tật, điểm cực viễn ở vô cực thì: \({{G}_{\infty }}=\frac{\text{Đ}}{f}\cdot\)
Chú ý: G là tỉ số góc trông, k là tỉ số độ cao ảnh và vật. Nói chung G ¹ k, chúng chỉ bằng khi ngắm chừng ở điểm cực cận.
+ Nếu kính cách mắt một khoảng \(\ell =f\) thì \(G=\frac{Đ}{f}\text{=}\,\text{cons}t\) với "d, thực vậy:
\( \mathrm{G=k}\frac{\mathrm{Đ}}{\left| {{\mathrm{d}}^{/}} \right|\mathrm{+}\ell }=\frac{{{d}^{/}}-f}{-f}\cdot \frac{\mathrm{Đ}}{\ell -{{d}^{/}}}=\frac{f-{{d}^{/}}}{\ell -{{d}^{/}}}\cdot \frac{\mathrm{Đ}}{f}=\frac{f-{{d}^{/}}}{f-{{d}^{/}}}\cdot \frac{\mathrm{Đ}}{f}=\frac{\mathrm{Đ}}{f}\cdot\)
+ Nhà sản xuất kính lúp thường ghi giá trị trên vành kính, một kính nào có ghi X2,5 nghĩa là số bội giác của kính này khi ngắm chừng ở vô cực bằng 2,5; một kính khác có ghi X5 có nghĩa là \({{G}_{\infty }}=5\). Lấy Đ = 0,25 m thay vào công thức \({{G}_{\infty }}=\frac{\text{Đ}}{f}\) ta sẽ thu được tiêu cự f.
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Câu C1 (trang 205 SGK Vật lí 11):
Số bội giác phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Trả lời:
Số bội giác G của một công cụ quang bổ trợ cho mắt là tỉ số giữa góc trông ảnh α của một vật qua dụng cụ quang học đó với góc trông trực tiếp αo của vật đó khi đặt vật tại điểm cực cận của mắt.
\(G=\frac{\alpha }{{{\alpha }_{0}}}\approx \frac{\tan \alpha }{\tan {{\alpha }_{0}}}\cdot\)
Þ Số bội giác G của một dụng cụ quang học phụ thuộc vào góc trông của vật và góc trông ảnh.
Câu C2 (trang 207 SGK Vật lí 11):
Hãy thiết lập công thức của bội giác khi ngắm chừng ở điểm cận.
Trả lời:
Từ công thức số bội giác \(G=\frac{\alpha }{{{\alpha }_{0}}}\approx \frac{\tan \alpha }{\tan {{\alpha }_{0}}}\cdot\)
+ Ta có: \( \tan {{\alpha }_{0}}=\frac{AB}{O{{C}_{C}}}\)
+ Khi ngắm chừng ở cực cận, ảnh A’B’ hiện tại điểm cực cận của mắt nên ta có: \(\tan \alpha =\frac{{A}'{B}'}{O{{C}_{C}}}\)
\(\Rightarrow G=\frac{\tan \alpha }{\tan {{\alpha }_{0}}}=\frac{\frac{{A}'{B}'}{O{{C}_{C}}}}{\frac{AB}{O{{C}_{C}}}}=\frac{{A}'{B}'}{AB}=\left| k \right|\)
Bài 1 (trang 208 SGK Vật Lí 11):
Các dụng cụ quang bổ trợ cho mắt có tác dụng tạo ảnh ra sao? Định nghĩa số bội giác.
Lời giải:
- Các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt có tác dụng tạo ảnh với góc trông lớn hơn góc trông vật nhiều lần.
- Số bội giác: là đại lượng đặc trưng cho tác dụng tăng góc trông ảnh của vật và được đo bằng thương số giữa góc trông ảnh qua kính và góc trông vật có giá trị lớn nhất được xác định trong từng trường hợp.
Công thức: \(G=\frac{\alpha }{{{\alpha }_{0}}}\approx \frac{\tan \alpha }{\tan {{\alpha }_{0}}}\cdot\)
Bài 2 (trang 208 SGK Vật Lí 11):
Kính lúp cấu tạo như thế nào?
Lời giải:
Kính lúp là một thấu kính hội tụ hay một hệ ghép tương đương với thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (cỡ vài xentimét).
Bài 3 (trang 208 SGK Vật Lí 11):
Vẽ đường truyền của chùm tia sáng ứng với mắt ngắm chừng kính lúp ở vô cực. Viết công thức số bội giác của kính lúp trong trường hợp này.
Lời giải:
+ Vẽ đường truyền của chùm tia sáng ứng với mắt ngắm chừng kính lúp ở vô cực hình vẽ:
+ Công thức số bội giác của kính lúp trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực: \({{G}_{\infty }}=\frac{\text{Đ}}{f}\cdot\)
Vẽ sơ đồ tia sáng trong trường hợp mắt ngắm chừng kính lúp ở vô cực để trả lời câu hỏi của bài tập 4 và 5 dưới đây.
Bài 4 (trang 208 SGK Vật Lí 11):
Yếu tố nào sau đây không ảnh hưởng đến giá trị của số bội giác?
A. Kích thước vật
B. Đặc điểm của mắt
C. Đặc điểm của kính lúp.
D. Không có (các yếu tố A, B, C đều ảnh hưởng).
Lời giải: Chọn A.
Từ công thức tính bội giác của kính lúp ngắm chừng ở vô cực: \({{G}_{\infty }}=\frac{\text{Đ}}{f}\) ta thấy \({{G}_{\infty }}\) phụ thuộc đặc điểm của mắt (phụ thuộc Đ); đặc điểm của kính lúp (phụ thuộc f của kính lúp) và không phụ thuộc vào kích thước của vật.
Bài 5 (trang 208 SGK Vật Lí 11):
Tiếp câu hỏi 4
Cách thực hiện nào sau đây vẫn cho phép tiếp tục ngắm chừng ở vô cực ?
A. Dời vật. B. Dời thấu kính. C. Dời mắt. D. Không cách nào.
Lời giải: Chọn C.
Từ công thức tính bội giác của kính lúp ngắm chừng ở vô cực: \({{G}_{\infty }}=\frac{\text{Đ}}{f}\) ta thấy \({{G}_{\infty }}\) không phụ thuộc vào vị trí đặt mắt quan sát. Do đó để tiếp tục ngắm chừng ở vô cực người quan sát có thể dời vị trí đặt mắt.
Bài 6 (trang 208 SGK Vật Lí 11):
Một học sinh cận thị có các điểm Cc, Cv cách mắt lần lượt là 10cm và 90 cm. Học sinh này dùng kính lúp có độ tụ + 10 dp để quan sát một vật nhỏ. Mắt đặt sát kính.
a) Vật phải đặt trong khoảng cách nào trước kính.
b) Một học sinh khác, có mắt không bị cận, ngắm chừng kính lúp nói trên ở vô cực. Cho \(O{{C}_{c}}=25\,cm\). Tính số bội giác.
Lời giải:
Sơ đồ tạo ảnh: \(A{{B}_{d}}\xrightarrow{K}{}_{{{d}^{/}}}{{A}^{/}}{{B}^{/}}\xrightarrow{M}V\)
a) Ta có: \(\mathrm{f=}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{D}}\mathrm{=}\frac{1}{10}\mathrm{=0,1 m=10 cm}\mathrm{.}\)
Từ công thức tạo ảnh của thấu kính \( \frac{\mathrm{1}}{f}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{d}}\mathrm{+}\frac{\mathrm{1}}{{{d}^{/}}}\)
Þ Khi ảnh ở cực cận thì: \(d_{C}^{/}=-10\,cm\Rightarrow \frac{\mathrm{1}}{{{\mathrm{d}}_{\min }}}\mathrm{+}\frac{\mathrm{1}}{-10}=\frac{\mathrm{1}}{10}\Rightarrow {{\mathrm{d}}_{\min }}=5\,cm.\)
Þ Khi ảnh ở cực viễn thì: \(d_{V}^{/}=-90\,cm\Rightarrow \frac{\mathrm{1}}{{{\mathrm{d}}_{\operatorname{m}ax}}}\mathrm{+}\frac{\mathrm{1}}{-90}=\frac{\mathrm{1}}{10}\Rightarrow {{\mathrm{d}}_{\operatorname{m}ax}}=9\,cm.\)
Vậy phải đặt vật trong khoảng 5 cm £ d £ 9 cm.
b) Trường hợp học sinh mắt không bị tật, ngắm chừng kính lúp nói ở trên vô cực thì số bội giác là:
\({{G}_{\infty }}=\frac{\text{}}{f}=\frac{25}{10}=2,5.\)
Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 11 bài kính lúp vật lý 11 do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ.