MẮT - ICAN

BÀI 31. MẮT

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Cấu tạo

Về phương diện quang hình học, thể thuỷ tinh tương đương với một thấu kính hội tụ. Độ tụ của thuỷ tinh thể thay đổi được nhờ sự thay đổi bán kính mặt cong.

Màng lưới (võng mạc) đóng vai trò là nơi tạo ảnh. Khoảng cách từ quang tâm O của thể thuỷ tinh đến võng mạc không thay đổi \(({{d}^{/}}\approx 2,2\,cm).\)

2. Sự điều tiết của mắt

Sự điều tiết của mắt là khả năng tự thay đổi độ cong (dẫn đến thay đổi độ tụ D, tiêu cự f) của thể thuỷ tinh để ảnh của vật quan sát luôn hiện rõ trên võng mạc.

- Nếu quan sát vật ở gần: thể thuỷ tinh phồng ra, D tăng, f giảm.

- Nếu quan sát vật ở xa: thể thuỷ tinh xẹp lại, D giảm, f tăng.

Điểm cực cận CC là điểm gần nhất trên quang trục của mắt mà khi đặt vật tại đó mắt có thể nhìn thấy vật. Lúc này mắt điều tiết tối đa, mắt phồng lên nhiều nhất, nhìn vật chóng bị mỏi mắt. Đối với người bình thường có OCC = Đ = 25 cm.

Điểm cực viễn CV là điểm xa nhất trên quang trục của mắt mà khi đặt vật tại đó, mắt còn có thể nhìn thấy vật. Lúc này mắt ở trạng thái tự nhiên, không cần điều tiết nên nhìn vật không bị mỏi mắt. Đối với người không có tật thì điểm cực viễn ở vô cực.

Giới hạn nhìn rõ của mắt là khoảng cách từ CC đến CV.

® Mắt không có tật là mắt khi không điều tiết có tiêu điểm nằm trên võng mạc.

3. Năng suất phân li của mắt

Góc trông a: là góc mắt nhìn đối tượng quan sát \(\tan \alpha =\frac{AB}{d}\cdot\)

Năng suất phân li của mắt: là góc trông nhỏ nhất \({{\alpha }_{min}}\) giữa hai điểm A và B mà mắt còn phân biệt được hai điểm đó.

Mắt thường có năng suất phân li \({{\alpha }_{min}}=1\approx {{3.10}^{4}}\,rad.\)

4. Các tật của mắt và cách khắc phục

a) Mắt cận thị: là mắt khi không điều tiết có tiêu điểm \({{F}^{/}}\) của thể thuỷ tinh nằm trước võng mạc.

 Đặc điểm:

– Mắt cận thị không nhìn được các vật ở xa.

– Điểm cực viễn CV cách mắt một khoảng hữu hạn.

– Điểm cực cận CC ở gần mắt hơn bình thường.

 Cách sửa tật cận thị: Đeo một thấu kính phân kì có độ tụ thích hợp sao cho có thể nhìn rõ các vật ở vô cực không phải điều tiết: \({{f}_{k}}=-\,(O{{C}_{V}}-\ell )\) với \(\ell\) là khoảng cách từ mắt đến kính. Nếu kính sát mắt thì: \({{f}_{k}}=-\,O{{C}_{V}}.\)

b) Mắt viễn thị: là mắt khi không điều tiết có tiêu điểm \({{F}^{/}}\) của thể thuỷ tinh nằm sau võng mạc.

 Đặc điểm:

– Mắt viễn thị nhìn vật ở vô cực phải điều tiết.

– Điểm cực cận CC xa mắt hơn bình thường \(\left( O{{C}_{C}}>25\,cm \right).\)

 Cách sửa tật viễn thị: Đeo một thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp để có thể nhìn rõ vật ở vô cực mà mắt không phải điều tiết hoặc có thể nhìn rõ vật ở gần như mắt thường.

c) Mắt lão: là mắt của người già, khi đó cơ vòng đỡ thể thủy tinh đã yếu nên khả năng điều tiết kém hẳn đi.

 Đặc điểm:

– Mắt lão nhìn rõ những vật ở xa, nhưng không nhìn rõ những vật ở gần, điểm cực cận của mắt lão xa hơn so với mắt bình thường

– Mắt lão khi không điều tiết tiêu điểm của thể thủy tinh nằm trên màng lưới, điểm cực viễn của mắt lão như người bình thường.

 Cách sửa tật lão thị: Đeo một thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp để nhìn rõ những vật ở gần.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Dạng 1. Sự điều tiết của mắt.

Giới hạn nhìn rõ của mắt là khoảng cách từ CC đến CV, mắt muốn nhìn được vật thì vật phải nằm trong khoảng CCCV.

Khoảng cách từ quang tâm O của thuỷ tinh thể đến võng mạc V không thay đổi: \({{d}^{/}}=OV=const.\)

Khi mắt ở trạng thái điều tiết bất kì thì độ tụ của mắt là: \(D=\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{OV}\cdot \)

+ Mắt ở trạng thái tự nhiên (mắt không điều tiết) là lúc vật ở xa nhất, tức là ở điểm cực viễn CV, khi đó \(d={{d}_{max}}=O{{C}_{V}}\), làm cho tiêu cự của thủy tinh thể cũng lớn nhất và độ tụ D lúc đó là nhỏ nhất:

\({{D}_{\min }}=\frac{1}{{{f}_{m\text{ax}}}}=\frac{1}{O{{C}_{v}}}+\frac{1}{OV}\cdot\)

® Với mắt không có tật thì điểm cực viễn ở rất xa, \(O{{C}_{v}}=\infty .\)

+ Mắt phải điều tiết tối đa khi vật đặt tại điểm cực cận CC, khi đó \(d={{d}_{min}}=O{{C}_{C}}\), làm cho tiêu cự của thủy tinh thể cũng nhỏ nhất, độ tụ D lúc đó là lớn nhất:

\({{D}_{\text{max}}}=\frac{1}{{{f}_{\min }}}=\frac{1}{O{{C}_{C}}}+\frac{1}{OV}\cdot\)

Độ biến thiên độ tụ của mắt: \(\Delta D={{D}_{\max }}-{{D}_{\min }}.\)

Xác định góc trông ảnh và kích thước nhỏ nhất của vật mà mắt phân biệt được.

+ Ta vẽ hình và căn cứ vào hình vẽ để tìm góc trông a.

+ Để mắt có thể phân biệt được điểm đầu và điểm cuối của vật thì góc trông a phải lớn hơn năng suất phân li \({{\alpha }_{min}}\) của mắt.

Dạng 2. Các tật của mắt và cách khắc phục

Sửa tật cận thị:

Đeo kính phân kì để nhìn rõ các vật ở vô cực mà mắt không phải điều tiết (vật ở vô cùng qua kính Ok cho ảnh ảo nằm tại điểm cực viễn): \(\left| {{f}_{k}} \right|+\ell =O{{C}_{V}}\Rightarrow {{f}_{k}}=-(O{{C}_{V}}-\ell )\) với \(\ell\) là khoảng cách từ mắt đến kính.

Nếu kính sát mắt \(\ell =0\) thì: \({{f}_{k}}=-\,O{{C}_{V}}.\)

Sửa tật viễn thị và lão thị:

Đeo kính hội tụ để nhìn rõ các vật ở gần cách mắt khoảng 25 cm (vật ở cách mắt qua Ok cho ảnh ảo nằm tại điểm \({{C}_{C}}) \Rightarrow \left\{ \begin{align} & d=25-\ell \\ & {d}'=-\left( O{{C}_{C}}-\ell \right) \\ \end{align} \right.\Rightarrow {{f}_{k}}=\frac{\text{d}{d}'}{d+{{d}^{/}}}\cdot \)

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 199 SGK Vật lí 11):

Góc trông một vật là gì và phụ thuộc vào các yếu tố nào? Vẽ hình góc trông Mặt Trăng hoặc Mặt Trời.

Trả lời:

+ Góc trông vật là góc a hợp bởi hai tia sáng phát xuất từ điểm đầu và điểm cuối của vật qua quang tâm O của mắt: \(\tan \alpha =\frac{AB}{d}\)

(trong đó AB: kích thước vật; d = AO là khoảng cách từ vật tới quang tâm của mắt).

+ Góc trông vật phụ thuộc vào kích thước vật và khoảng cách từ vật đến mắt.

+ Vẽ hình:

Câu C2 (trang 200 SGK Vật lí 11):

Hãy chứng tỏ rằng hệ ghép ( mắt cận + thấu kính phân kì) có độ tụ nhỏ hơn độ tụ của mắt cận.

Trả lời:

Hệ ghép ( mắt cận + thâu kính phân kì) tương đương với thấu kính có độ tụ D, ta có:

D = DMắt cận + DTKPK

Trong đó: DMắt cận > 0; DTKPK < 0 ⇒ D < DMắt cận

⇒ Hệ ghép ( mắt cận + thâu kính phân kì) có độ tụ nhỏ hơn độ tụ mắt cận.

Bài 1 (trang 203 SGK Vật Lí 11):

Trình bày cấu tạo của mắt về phương diện quang học.

Lời giải:

Về phương diện quang hình học, mắt hoạt động như một máy ảnh, trong đó

+ Thể thuỷ tinh tương đương với một thấu kính hội tụ. Độ tụ của thuỷ tinh thể thay đổi được nhờ sự thay đổi bán kính mặt cong.

+ Màng lưới (võng mạc) đóng vai trò là nơi tạo ảnh. Khoảng cách từ quang tâm O của thể thuỷ tinh đến võng mạc không thay đổi \(({{d}^{/}}\approx 2,2\,cm).\)

Bài 2 (trang 203 SGK Vật Lí 11):

Trình bày các hoạt động và đặc điểm sau của mắt:

– Điều tiết; – Điểm cực viễn; – Điểm cực cận; – Khoảng nhìn rõ.

Lời giải:

+ Sự điều tiết: là 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 quan sát hiện rõ trên võng mạc.

+ Điểm cực viễn Cv: là điểm xa nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật tại đó mắt có thể nhìn thấy rõ được khi đã điều tiết tối đa (f = fmax)

+ Điểm cực cận Cc: là điểm gần nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật tại đó mắt có thể nhìn thấy rõ được khi đã điều tiết tối đa (f = fmin)

+ Mắt chỉ nhìn rõ vật khi vật nằm trong khoảng CcCv. Khoảng cách từ cực cận Cc đến cực viễn Cv gọi là khoảng nhìn rõ của mắt.

Bài 3 (trang 203 SGK Vật Lí 11):

Nêu các đặc điểm và cách khắc phục đối với:

– Mắt cận; –Mắt viễn; – Mắt lão

Có phải người lớn tuổi bị viễn thị hay không? Giải thích.

Lời giải:

+ Mắt cận thị: là mắt khi không điều tiết có tiêu điểm \({{F}^{/}}\) của thể thuỷ tinh nằm trước võng mạc.

 Đặc điểm:

– Mắt cận thị không nhìn được các vật ở xa.

– Điểm cực viễn Cv cách mắt một khoảng hữu hạn.

– Điểm cực cận Cc ở gần mắt hơn bình thường.

+ Mắt viễn thị: là mắt khi không điều tiết có tiêu điểm \({{F}^{/}}\) của thể thuỷ tinh nằm sau võng mạc.

 Đặc điểm:

– Mắt viễn thị nhìn vật ở vô cực phải điều tiết.

– Điểm cực cận Cc xa mắt hơn bình thường \(\left( O{{C}_{C}}>25\,cm \right).\)

+ Mắt lão: là mắt của người già, khi đó cơ vòng đỡ thể thủy tinh đã yếu nên khả năng điều tiết kém hẳn đi.

 Đặc điểm:

– Mắt lão nhìn rõ những vật ở xa, nhưng không nhìn rõ những vật ở gần, điểm cực cận của mắt lão xa hơn so với mắt bình thường

– Mắt lão khi không điều tiết tiêu điểm của thể thủy tinh nằm trên màng lưới, điểm cực viễn của mắt lão như người bình thường.

 Cách sửa tật lão thị: Đeo một thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp để nhìn rõ những vật ở gần.

+ Hầu hết mọi người, kể từ tuổi trung niên, khả năng điều tiết của mắt giảm vì cơ mắt yếu, đó là tật lão thị của mắt. Không nên coi mắt lão là mắt viễn. Mắt không có tật, mắt cận hay mắt viễn thì khi lớn tuổi đều có thêm tật lão thị.

Bài 4 (trang 203 SGK Vật Lí 11):

Năng suất phân li của mắt là gì?

Lời giải:

Năng suất phân li của mắt: là góc trông nhỏ nhất \({{\alpha }_{min}}\) giữa hai điểm A và B mà mắt còn phân biệt được hai điểm đó.

Mắt thường có năng suất phân li \({{\alpha }_{min}}=1\approx {{3.10}^{4}}\,rad.\)

Bài 5 (trang 203 SGK Vật Lí 11):

Trình bày sự lưu ảnh của mắt và các ứng dụng.

Lời giải:

+ Là thời gian (khoảng 0,1s) để võng mạc hồi phục sau khi tắt ánh sáng kích thích.

+ Ứng dụng trong chiếu phim, trên màn hình ti vi.

Cấu tạo thu gọn của mắt về phương diện quang hình học được biểu diễn như sơ đồ hình 31.11:

O: quang tâm của mắt;

V: điểm vàng trên màng lưới.

Quy ước đặt:

(1): mắt thường về già;

(2): mắt cận; (3): mắt viễn.

Hãy chọn đáp án đúng cho các bài tập từ số 6 đến số 8.

Bài 6 (trang 203 SGK Vật Lí 11):

Mắt loại có điểm cực viễn CV ở vô cực.

A. (1). B. (2). C. (3). D. (1) và (3).

Lời giải: Chọn A.

+ Mắt thường lúc về già có điểm cực viễn Cv ở vô cực.

+ Mắt cận thị có điểm cực viễn gần hơn bình thường.

+ Mắt viễn thị có điểm cực viễn ảo.

Bài 7 (trang 203 SGK Vật Lí 11):

Mắt loại nào có fmax > OV ?

A. (1). B. (2). C. (3). D. Không loại nào

Lời giải: Chọn C.

+ Mắt viễn thị có fmax > OV, khi quan sát vật ở vô cực mà không điều tiết, ảnh của vật sẽ hiện sau võng mạc nên muốn nhìn vật ở vô cực thì mắt phải điều tiết ( nếu viễn nhẹ) hay đeo thấu kính hội tụ.

Bài 8 (trang 203 SGK Vật Lí 11):

Mắt loại nào phải đeo thấu kính hội tụ?

A. (1). B. (2). C. (3). D. (1) và (3).

Lời giải: Chọn D.

+ Mắt thường về già (mắt lão) và mắt viễn thị phải đeo thấu kính hội tụ để quan sát các vật ở gần.

Bài 9 (trang 203 SGK Vật Lí 11):

Mắt của một người có điểm cực viễn Cv cách mắt 50 cm.

a) Mắt người này bị tật gì?

b) Muốn nhìn thấy vật ở vô cực không điều tiết người đó phải đeo kính có độ tụ bằng bao nhiêu? (kính đeo sát mắt).

c) Điểm Cc cách mắt 10 cm. Khi đeo kính, mắt nhìn thấy điểm gần nhất cách mắt bao nhiêu? ( Kính đeo sát mắt).

Lời giải:

a) OCv = 50 cm < ∞ Þ Mắt người này bị tật cận thị.

b) Để nhìn thấy vật ở vô cực không điều tiết thì ảnh của vật khi đặt ở vô cực phải hiện tại điểm cực viễn của mắt, tiêu cự của kính cần đeo là: \({{f}_{k}}=-O{{C}_{v}}=-50\,cm=-0,5\,m.\)

Độ tụ của kính cần đeo là: \(D=\frac{1}{{{f}_{k}}}=\frac{1}{-0,5\,}=-2\,dp.\)

c) OCc = 10 cm.

Khi đeo kính, ảnh của điểm cực cận mới phải rơi đúng vị trí điểm cực cận thật của mắt, khi đó ta có:

\({d}'=-O{{C}_{c}}=-10\text{ }cm.\)

Vị trí điểm cực cận mới là: \({{d}_{c}}=\frac{{d}'{{f}_{k}}}{{d}'-{{f}_{k}}}=\frac{-10.\left( -50 \right)}{-10+50}=12,5\,cm.\)

Như vậy, khi đeo kính, mắt nhìn thấy điểm gần nhất cách mắt 12,5 cm.

Bài 10 (trang 203 SGK Vật Lí 11):

Một mắt bình thường về già. Khi điều tiết tối đa thì tăng độ tụ của thể thủy tinh thêm 1 dp.

a) Xác định điểm cực cận và điểm cực viễn.

b) Tính độ tụ của thấu kính phải mang (cách mắt 2 cm) để mắt nhìn thấy một vật cách mắt 25 cm không điều tiết.

Lời giải:

a) Mắt bình thường về già thì điểm cực viễn Cv vẫn nằm ở vô cực nên OCv = ∞

+ Độ biến thiên độ tụ của mắt: \(\Delta D={{D}_{\max }}-{{D}_{\min }}=\frac{1}{O{{C}_{C}}}-\frac{1}{O{{C}_{V}}}=1\,dp\)

Mà \(O{{C}_{V}}=\infty \Rightarrow \frac{1}{O{{C}_{C}}}=1\,dp\Rightarrow O{{C}_{C}}=1\,m=10\,cm\)

⇒ Điểm cực cận cách mắt 10 cm.

b) Sơ đồ tạo ảnh: \(A{{B}_{d}}\xrightarrow{K}{}_{{{d}^{/}}}{{A}^{/}}{{B}^{/}}\equiv {{C}_{V}}\)

Để mắt nhìn thấy một vật AB cách mắt 25 cm (cách kính d = 25 – ℓ = 25 – 2 = 23 cm) không điều tiết thì thì ảnh ảo \({{A}^{/}}{{B}^{/}}\) này phải rơi vào điểm cực viễn, tức là \({{d}^{/}}=-(O{{C}_{V}}-\ell )=\infty \)

Từ \(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{d}}\mathrm{+}\frac{\mathrm{1}}{{{d}^{/}}}=\frac{\mathrm{1}}{{{\mathrm{f}}_{\mathrm{k}}}}\) ta được: \(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{23}}\mathrm{+}\frac{\mathrm{1}}{\infty }=\frac{\mathrm{1}}{{{\mathrm{f}}_{\mathrm{k}}}}\Rightarrow {{\mathrm{f}}_{\mathrm{k}}}=23\,cm.\)

Þ Độ tụ của kính: \({{\mathrm{D}}_{\mathrm{k}}}=\frac{1}{{{\mathrm{f}}_{\mathrm{k}}}}=\frac{1}{0,23}=4,35\,dp.\)

Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 11 bài bài tập mắt vật lý 11 do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ

Đánh giá (327)