Tài liệu Quang hình K11 nâng cao - Bài tập Kính hiển vi + Kính thiên văn

MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO MẮT. .............é............. Bài 3 : KÍNH HIỂN VI. KÍNH THIÊN VĂN. MỤC TIÊU Hs giải được các bài toán : - Về điều chỉnh ngắm chừng qua kính hiển vi, qua kính thiên văn. - Tính được số (độ) bội giác của kính hiển vi, kính thiên văn khi ngắm chừng. TÓM TẮT GIÁO KHOA I/ KÍNH HIỂN VI : 1) Định nghĩa : Kính hiển vi là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của những vật rất nhỏ, với độ bội giác lớn hơn rất nhiều so với kính lúp. 2) Cấu tạo : Hai bộ phận chính : - Vật kính : là một TKHT có tiêu cự rất ngắn (vài mm). - Thị kính : là một TKHT có tiêu cự ngắn (vài cm) dùng như một kính lúp. Hai kính này được gắn ở hai đầu của một ống hình trụ sao cho trục chính của chúng trùng nhau và khoảng cách giữa chúng không đổi. Ngoài ra còn có bộ phận tụ sáng để chiếu sáng vật cần quan sát. 3) Cách ngắm chừng : (Hình) Trong thực tế ta thay đổi khoảng cách từ vật đến vật kính bằng cách đưa cả ống kính lại gần hay ra xa vật. 4) Độ bội giác : tga0 = Ngắm chừng ở vô cực (Hình) : Ngắm chừng ở vị trí bất kì : tga = Þ G = Þ Khi ngắm chừng ở cực cận A2 º CC thì GC = II/ KÍNH THIÊN VĂN : 1) Định nghĩa : Kính thiên văn là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của những vật ở rất xa (các thiên thể). 2) Cấu tạo : Hai bộ phận chính : - Vật kính : là một thấu kính hội tụ tiêu cự dài. - Thị kính : là một thấu kính hội tụ ngắn, dùng như một kính lúp. Hai kính được gắn đồng trục chính ở hai đầu của một ống hình trụ, khoảng cách giữa chúng có thể thay đổi được. AB A1B1 A2B2 L2 L1 f1 f2 d1 d’1,d2 d’2 3) Cách ngắm chừng : Trong đó ta luôn có : d1 = ¥ Þ = f1. (A1 º ). Ta phải điều chỉnh để A1B1 nằm trong O2F2 (Thị kính sử dụng như một kính lúp để quan sát A1B1). Trong thực tế ta thay đổi khoảng cách giữa vật kính và thị kính bằng cách đưa thị kính lại gần hay ra xa thị kính. 4) Độ bội giác : Ta có : tga = Ngắm chừng ở vô cực (Hình): Ngắm chừng ở một vị trí bất kì : tga = Þ G = . Khi ngắm chừng ở vô cực thì d2 = f2. BÀI TẬP MẪU 1) Vật kính của một kính hiển vi có tiêu cự f1 = 1cm, thị kính có tiêu cự f2 = 4cm. Chiều dài quang học của kính là 15cm. Người quan sát có điểm cực cận cách mắt 20cm và điểm cực viễn ở vô cực. a) Hỏi phải đặt vật trong khoảng nào trước vật kính ? b) Tính độ bội giác của kính khi ngắm chừng ở điểm cực cận và ở vô cực. c) Năng suất phân li của mắt là 1’ (1’ = 3.10-4 rad). Tính khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên vật mà người ấy còn phân biệt được hai ảnh của chúng qua kính khi ngắm chừng ở vô cực. Giải : Mắt có OCC = DC = 20cm, OCV = ¥. Kính hiển vi có f1 = 1cm, f2 = 4cm, d = 15cm. Mắt đặt sát sau thị kính. a) Xác định khoảng đặt vật trước kính : (dC = ? £ d1 £ dV = ?) Phương pháp : dựa trên sơ dồ tạo ảnh liên tiếp qua kính : AB A1B1 A2B2 L2 L1 f1 f2 d1 d’1,d2 d’2 Ngắm chừng ở CC : = - OCC Þ ... d1, trong đó HS phải tính được l = f1 + f2 + d. Ngắm chừng ở vô cực : = -¥ Þ d2 = f2 Þ ... d1. + Ngắm chừng ở CC : = -OCC = -20cm Þ d2 = = cm = l - = 20 - = cm với l = f1 + f2 + d = 1 + 4 +15 = 20cm. Þ dC = d1 =cm » 1,064cm. + Ngắm chừng ở vô cực : = -¥ Þ d2 = f2 = 4cm Þ = l - = 20 – 4 = 16cm Þ dV = d1 = cm » 1,067cm. Nhận xét : Khoảng đặt vật cho phép trước kính hiển vi là Dd = dV – dC = 0,003cm = 3.10-2mm rất nhỏ. b) GC = ?, G¥ = ? + Áp dụng G¥ = = = 75. + Chứng minh GC = với K = K1.K2 = (- )(- ) Thay số ta có K = - 94, GC = 94. c) (Giải tương tự như ở bài kính lúp) G = = (với a0 » tga0 = ) Þ AB = Þ ABmin = Khi ngắm chừng ở vô cực : ABmin = = 0,8.10-4cm = 0,8mm. 2) Vật kính của một kính thiên văn học sinh có tiêu cự 1,2m. Thị kính là một TKHT có tiêu cự 4cm. a) Tính khoảng cách giữa hai kính và độ bội giác của kính thiên văn trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực. b) Một học sinh dùng kính thiên văn nói trên để quan sát Mặt trăng. Điểm cực viễn của mắt học sinh đó cách mắt 50cm. Mắt đặt sát thị kính. Tính khoảng cách giữa hai kính và độ bội giác của kính khi học sinh đó quan sát trong trạng thái mắt không điều tiết. AB A1B1 A2B2 L2 L1 f1 f2 d1 d’1,d2 d’2 Giải : a) Trong đó ta luôn có : d1 = ¥ Þ = f1 = 1,2m = 120cm. Khi ngắm chừng ở vô cực : = ¥ Þ d2 = f2 = 4cm. Þ Khoảng cách giữa hai kính : l = + d2 = f1 + f2 = 124cm. Áp dụng : = = 30. b) Ngắm chừng ở CV : = -OCV = -50cm Þ d2 = cm » 3,7cm. Þ l = 120 + 3,7 = 123,7cm. Chứng minh được khi ngắm chừng ở một vị trí bất kì thì G = = 32,4. BÀI TẬP TỰ GIẢI 1) Vật kính của một kính hiển vi có tiêu cự f1 = 1cm ; thị kính có tiêu cự f2 = 4cm. Độ dài quang học của kính là 16cm. Người quan sát mắt không bị tật và có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là 20cm. Mắt đặt sát thị kính. a) Phải đặt vật trong khoảng nào trước vật kính để người quan sát có thể nhìn thấy ảnh qua kính ? b) Tính số bội giác của ảnh trong các trường hợp ngắm chừng ở vô cực và ở điểm cực cận. c) Năng suất phân li của mắt người quan sát là 2’. Tính khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên vật mà người quan sát còn phân biệt được ảnh qua kính khi ngắm chừng ở vô cực. (Cho biết 1’= 3.10-4 rad). ĐS : a) 1,0600cm £ d1 £ 1,0625cm ; Dd = 25mm ; b) G¥ = 80 ; GC = 100 ; c) ABmin = 1,5mm. 2) Một người quan sát có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là 25cm quan sát một vật nhỏ qua một kính hiển vi. Người ấy điều chỉnh kính để ngắm chừng ảnh ở điểm cực cận. Vật kính có tiêu cự 7,25mm, thị kính có tiêu cự 20mm. Độ dài quang học của kính là 16cm. Hãy xác định vị trí của vật, độ phóng đại và độ bội giác của ảnh. Mắt được đặt sát sau thị kính. ĐS : d1 = 7,575mm ; = GC » 300. 3) Vật kính của một kính hiển vi có tiêu cự 5,4mm, thị kính có tiêu cự 2cm. Mắt người quan sát đặt sát sau thị kính và điều chỉnh kính để quan sát ảnh cuối cùng ở khoảng nhìn rõ ngắn nhất (25cm). Khi đó vật cách kính 5,6mm. Hãy xác định độ bội giác, độ phóng đại của ảnh và khoảng cách giữa vật kính và thị kính. ĐS : = GC = 364,5 ; = 169,72mm. 4) Một người mắt tốt, có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là 25cm quan sát những hồng cầu qua một kính hiển vi trong trạng thái không điều tiết. Trên vành vật kính có ghi “ x 100” ; trên vành thị kính có ghi “x 6”. Đường kính của các hồng cầu gần bằng 7,5mm. Tính góc trông ảnh cuối cùng của hồng cầu qua thị kính. Mắt người quan sát đặt sát sau thị kính. ĐS : a = 0,018rad » 1002’. 5) Một kính thiên văn được điều chỉnh cho một người có mắt bình thường nhìn được ảnh rõ nét của vật ở vô cực mà không điều tiết. Khi đó vật kính và thị kính cách nhau 62cm và số bội giác G = 30. a) Xác định tiêu cự của vật kính và thị kính. b) Một người cận thị, đeo kính -4 điốp thì nhìn được những vật ở xa vô cùng mà không phải điều tiết. Người này muốn quan sát ảnh của vật qua kính thiên văn mà không đeo kính cận và không điều tiết. Người đó phải dịch chuyển thị kính một đoạn bao nhiêu, theo chiều nào ? ĐS : a) f1 = 60cm ; f2 =2cm ; b) Lại gần vật kính một đoạn cm » 0,15cm. 6) Một kính thiên văn gồm hai thấu kính O1 và O2 đặt đồng trục. Vật kính O1 có tiêu cự f1 = 1,5cm, thị kính O2 có tiêu cự f2 = 1,5cm. Một người mắt tốt điều chỉnh kính để quan sát Mặt trăng trong trạng thái mắt không điều tiết. a) Tính độ dài của ống kính và số bội giác G. *b) Biết năng suất phân li của mắt người này là e = 1’. Tính kích thước nhỏ nhất của vật trên Mặt trăng mà người đó còn phân biệt được đầu cuối khi quan sát qua kính nói trên. Cho biết khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trăng là d = 384000 km và lấy gần đúng 1’ = 3.10-4 rad. ĐS : a) l = 151,5cm ; G¥ = 100 ; b) ABmin = = 1152 m. 7) Một người cận thị có điểm cực viễn cách mắt 50cm quan sát một chòm sao qua một kính thiên văn trong trạng thái không điều tiết. Vật kính có tiêu cự 90cm ; thị kính có tiêu cự 2,5cm. Tính độ bội giác của ảnh cuối cùng. ĐS : G = 37,8. b&d