nghiên cứu chương trình Mắt và các dụng cụ quang học

A. MỞ ĐẦU

Quang hình học là một phần của Quang học trong đó dùng phương pháp hình học để
giải thích các hiện tượng liên quan đến ánh sáng. Quang hình học không giải thích bản chất của
các hiện tượng quang học mà chỉ dựa trên quan niệm thuần túy hình học để nghiên cứu Vì vậy
vấn đề nêu ra chỉ có ý nghĩa về mặt hình học hơn ý nghĩa vật lý.
Lý thuyết quang hình học đã giải thích thành công cả hiện tượng như phản xạ và khúc
xạ ánh sáng. Tuy nhiên để nghiên cứu một số hiện tượng khác như giai thoa, nhiễu xạ ánh
sáng…. Không thể dùng lý thuyết này, mà ta phải dùng lý thuyết quang học sóng, trong đó
xét ánh sáng như một sóng.
Phần “Mắt. Các dụng cụ quang học” học sinh được nghiên cứu về đường đi của tia
sáng và sự tạo ảnh của vật qua các dụng cụ quang học; cấu tạo và hoạt động của mắt, các tật
của mắt và cách sửa tật. Trong chương này học sinh được học về lăng kính, tính chất của
lăng kính; các khái niệm liên quan đến thấu kính như thấu kính mỏng, quang tâm, trục chính,
trục phụ, tiêu điểm chính, tiêu điểm phụ, tiêu diện, tiêu cự, độ tụ, độ phóng đại, các công
thức thấu kính, đơn vị đo của các đại lượng; sự điều tiết của mắt khi nhìn vật ở điểm cực cận
và cực viễn, năng suất phân li và sự lưu ảnh của mắt, đặc điểm của mắt bị tật và cách khắc
phục; cấu tạo, công dụng của kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn; công thức tính số bội
giác của kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn; cách dựng ảnh của vật qua thấu kính hội tụ,
thấu kính phân kì, kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn; thực hành thí nghiệm xác định
tiêu cự của thấu kính.
1. Mắt và các dụng cụ quang học.
1.1. Gương phẳng.

Một phần mặt phẳng phản xạ ánh sáng tốt được gọi là gương phẳng. Thí dụ: một mặt thủy
tinh được mạ bạc, mặt thoáng của thủy ngân...
Giả sử ta có một điểm vật P đặt trước gương phẳng G. ảnh P’ của P cho bởi gương theo thực
nghiệm, đối xứng với P qua gương phẳng. Ta có thể dễ dàng chứng minh điều này từ các định
luật về phản xạ ánh sáng. Ngoài ra, nếu vật thực thì ảnh ảo, và ngược lại.

Trường hợp vật không phải là một điểm thì ta có ảnh của vật là tập hợp các ảnh của các điểm
trên vật. Ảnh và vật đối xứng với nhau qua mặt phẳng của gương, chúng không thể chồng khít

lên nhau (như bàn tay trái và bàn tay phải) trừ khi vật có một tính đối xứng đặc biệt nào đó.
Vật và ảnh còn có tính chất đổi chỗ cho nhau. Nghĩa là nếu ta hội tụ một chùm tia sáng tới
gương G (có đường kéo dài của các tia đồng qui tại P’) thì chùm tia phản xạ sẽ hội tụ tại P. (Tính
chất truyền trở lại ngược chiều)
Hai điểm P và P’ được gọi là hai điểm liên hợp.
Đối với các gương phản xạ, không gian vật thực và không gian ảnh thực trùng nhau và nằm
trước mặt phản xạ.
1.2. Gương cầu
1.2.1.

Định nghĩa: Một phần mặt cầu phản xạ ánh sáng được gọi là gương cầu.

HÌNH 11
O là đỉnh. C là tâm. đường OC là trục chính của gương cầu. Các đường khác đi qua tâm C
được gọi là trục phụ R = OC là bán kính chính thực của gương.
r là bán kính mở (hay bán kính khẩu độ). Góc 9 được gọi là góc mở (hay góc khẩu độ). Có
hai loại gương cầu : gương cầu lõm có mặt phản xạ hướng về tâm, gương cầu lồi có mặt phản xạ
hướng ra ngoài tâm


1.2.2.

Công thức gương cầu:
Hình 12

Xét một điểm sáng P nằm trên quang trục của gương. Ta xác định ảnh của P bằng cách tìm
giao điểm P’ của hai tia phản xạ ứng với hai tia tới nào đó; ví dụ hai tia PO và PI (H. 12). P’ là

ảnh của P.
1 Vẽ tiếp
1
2
+ tuyến
= IT của gương tại I. Ta thấy IC và IT là các phân giác trong và ngoài của góc
PIP’.
điểm TC
T, C, P’, P là bốn điểm liên hợp điều hòa, ta có :
TP ' Bốn
TP

Mà

TC =

R
OC
hayTC =
cos ϕ
cosϕ

Vậy

1
1
2 cos ϕ
+
=
TP ' TP

OC

Theo công thức trên ta thấy : Các tia sáng phát xuất từ điểm P, tới gương cầu với các gócG
khác nhau, sẽ không hội tụ ở cùng một điểm ảnh P’. Vậy khác với gương phẳng, ảnh của một
điểm cho bởi gương cầu, không phải là một điểm: ảnh P’ không rõ.
Tuy nhiên nếu ta xét các gương cầu có góc khẩu độ θ nhỏ thì φ cũng nhỏ, cosφ ≈1 , điểm T
có thể coi là trùng với O. Công (2.1) trở thành:


1
1
2
+
=
OP ' OP OC
Vậy trong trường hợp này, ta có thể coi như có ảnh điểm P’ Nếu ta kí hiệu
OP ' = d ', OP = d , OC = R
1 1 2
+ =
d' d R

Vậy muốn có ảnh rõ, góc khẩu độ của gương cầu phải nhỏ.
Công thức trên có thể áp dụng cho gương cầu lồi hay lõm, vật và ảnh thực hay ảo.
Thông thường người ta quy ước chiều dương là chiều truyền của ánh sáng tới.
1.2.3. Tiêu điểm của gương cầu. Công thức Newton (Niuton)
Chiếu tới gương cầu một chùm tia sáng song song với trục chính. Chùm tia phản xạ hội tụ tại
điểm F, điểm F được gọi là tiêu điểm của gương cầu.
OF
Đoạn
được gọi là tiêu cự của gương.

Chùm tia song song ứng với vật ở xa vô cực nên d = -∞, suy ra tiêu cự f = OF, chính là d’
trong công thức (2.3), là R/2
f = R/2 (2.4)
Với gương cầu lõm, ta có tiêu điểm thực Với gươnhg cầu lồi, ta có tiêu điểm ảo
Ta cũng có thể lập công thức gương cầu bằng cách lấy F làm gốc của các khoảng cách.
P

O
H.14

EP = x, FP ' = x '

Đặt
d ' = OP ' = OF + FP ' = f + x '
d = OP = OF + FP = f + x

Ta có :
Thay vào công thức (2.3), ta được :
1
1
2 1
+
= =
f + x' f + x R f
(2.4)

)

Suy ra: xx’ = f2

(2.5)

Đó là công thức Newton.
1.2.4.

-

Cách vẽ ảnh - Độ phóng đại:

Ta có các tia đặc biệt sau:
Tia tới song song với trục chính, tia phản xạ qua tiêu điểm F.
Tia tới qua tiêu điểm F, tia phản xạ song song với trục chính.
Tia tới qua tâm gương, tia phản xạ đi ngược trở lại.

Để xác định ảnh của một điểm, ta chỉ cần dùng hai trong ba tia trên. Đối với vật không
phải là một điểm, ta
chỉ cần xác định ảnh của một số điểm đặc biệt.

Thị trường của gương.
Thị trường của gương là khoảng không gian ở phía trước gương để nếu vật ở trong
khoảng không gian này thì mắt sẽ nhìn thấy ảnh của nó qua gương.
1.2.5.

Hình 16
Trong hình 16, mắt người quan sát S đặt trước gương cầu lồi AOB. điểm S’ là ảnh của S cho
bởi gương. Thị trường của gương là khoảng không gian giới hạn bởi hình nón đỉnh S’, các đường
sinh tựatrên chu vi của gương. Bất kì vật nào nằm trong thị trường đều có thể cho chùm tia sáng
tới gương để phản xạ tới mắt S, do đó mắt nhìn thấy vật :

Thị trường của gương cầu lồi lớn hơn so với các loại gương khác (gương phẳng, gương lõm)
có cùng kích thước, vì vậy thường được dùng làm gương nhìn sau trên các loại xe.
1.3. Một số ứng dụng của gương


Trong kỹ thuật, gương phẳng chủ yếu dùng để đổi phương và chiều truyền của chùm tia
sáng. Nhờ vậy có thể thu ngắn kích thước của máy móc hay từ dưới mặt biển có thể quan sát các
vật ở trên mặt biển, từ trong lòng đất có thể quan sát các vật ở trên mặt đất.
Gương cầu lõm thường được sử dụng với trường hợp chùm tia song song. Khi cần có chùm
tia sáng rọi theo một hướng nhất định, thí dụ trong các đèn pha, người ta đặt nguồn sáng tại tiêu
điểm của gương cầu lõm. Chùm tia phản xạ từ gương là chùm tia song song định hướng được.
Gương cầu lõm còn dùng để thu ảnh các vật ở xa, như các thiên thể, hiện trên mặt
phẳng tiêu của gương. Các gương cầu với bán kính mở (bán kính khẩu độ) lớn cho ảnh với phẩm
chất tốt mà việc chế tạo các gương như vậy tương đối không phức tạp bằng việc chế tạo các thấu
kính có công dụng tương đương. Vì vậy, trong các kính thiên văn lớn, người ta dùng gương thay
cho thấu kính.
Gương cầu lõm còn dùng để tập trung năng lượng của ánh sáng mặt trời trong các pin mặt
trời, bếp mặt trời..
1.4. Lăng kính
1.4.1. Cấu tạo
Lăng kính là một khối chất trong suốt có dạng hình lăng trụ đứng. Lăng kính tam giác có
tiết diện thẳng là một hình tam giác.
_ Hai mặt sử dụng của lăng kính được mài phẳng, nhẵn được gọi là hai cạnh bên
(ABB’A’, ACC’A’).
– Mặt đáy của lăng kính (BCC’B’) có khi được mài nhám hoặc bôi đen.
– Giao tuyến của hai mặt bên gọi là cạnh của lăng kính (AA’).
– Góc nhị diện của hai mặt bên gọi là ở đỉnh của lăng kính (còn gọi là góc chiết quang).
– Tiết diện thẳng ABC là mặt cắt lăng kính vuông góc với cạnh lăng kính.

Mặt bên

Cạnh

A’
1.4.2.

Đường đi của tia sáng qua lăng kính

B’

C’

Mặt đáyABC tiết diện chính của lăng kính

Xét một lăng kính có chiết suất n đặt trong không khí. Xét các tia sáng nằm trong mặt phẳng
chính của lăng kính.
Trường hợp dùng ánh sáng đơn sắc chiếu vào lăng kính:


Xét tia sáng SI chiếu tới mặt bên AB của lăng kính, sau khi khúc xạ tại hai điểm I, J sẽ cho
tia ló JR bị lệch về phía đáy của lăng kính

Trường hợp dùng ánh sáng trắng:
Nếu chùm ánh sáng tới là ánh sáng trắng thì khi đi qua lăng kính nó bị phân tích thành các
tia đơn sắc (hiện tượng tán sắc) tia có bước sóng λ ngắn bị lệch nhiều hơn (tia đỏ lệch ít
nhất, tia tím lệch nhiều nhất).

A

Giải thích hiện tượng trên : chiết suất của thủy

D
J

I

tinh đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau
thì khác nhau. Chiết suất có giá trị nhỏ nhất đối với ánh

S

R
đỏ

B

C

tm

R

sáng đỏ, và tăng dần khi chuyển sang màu da cam, màu vàng
…..và lớn nhất đối với màu tím.
M

A
1.4.3. Các công thức của lăng kính

Theo định luật khúc xạ ánh sáng :

D

n1sin i1 = n2sin r1 (Với n1 = 1; n2 = n)
12

=> sin i1 = nsin r1

r1

Tương tự :
n1sin r2 = n2sin i2 (Với n1 = n; n2 = 1)

J

12

r2

i2

S

=> sin i2 = nsin r2
B

C


sin i1 = nsin r1
sin i2 = nsin r2

A = r1 + r2
D = i1 + i2 - A
Có: A = M (góc có cạnh tương ứng vuông góc)
Mà: M = r1 + r2 (góc ngoài tam giác IJM)
⇒ A = r1 + r2

Tương tự:
D = (i1 – r1) + (i2 – r2)
D = (i1 + i2) - (r1 + r2)
=> D = i1 + i2 - A
Khi góc nhỏ:
i1 < 100; A <100
i1 = nr1
i2 = nr2
A = r1 + r2
D = (n - 1)A
1.5. Thấu kính
1.5.1. Định nghĩa

Thấu kính: là một khối chất trong suốt (thủy tinh, nhựa...) giới hạn bởi hai mặt cong hoặc bởi
một mặt cong và một mặt phẳng (các mặt cong thường là mặt cầu).
 Thấu kính có 2 loại:


- Thấu kính lồi (hội tụ): là thấu kính có phần ở giữa dày hơn phần ở rìa (hình a). Các thấu
kính hội tụ có tính chất hội tụ các tia sáng: tia ló khỏi thấu kính bao giờ cũng lệch về phía
trục chính nhiều hơn so với tia tới.
- Thấu kính lõm (phân kì): là thấu kính có phần ở giữa mỏng hơn phần ở rìa (hình b). Các
thấu kính phân kì có tính chất phân tán các tia sáng, tia ló khỏi thấu kính bao giờ cũng lệch
xa trục chính hơn so với các tia tới.

Tính chất này thấu kính chỉ đúng khi chiết suất của chất làm thấu kính lớn hơn chiết suất của
môi trường chung quanh. Nếu ngược lại thì thấu kính lồi sẽ phân tán các tia sáng cón các
thấu kính lõm hội tụ các tia sáng.
1.5.2. Định nghĩa một số yếu tố quan trọng của thấu kính

- Trục chính: là đuờng thẳng nối các tâm của hai mặt cầu (hoặc đi qua tâm của mặt cầu và
vuông góc với mặt phẳng.


- Quang tâm O của thấu kính: là điểm mà trục chính cắt thấu kính.
- Trục phụ: là các đuờng thẳng khác C1C2 đi qua quang tâm O.
- Một thấu kính thì chỉ có một trục chính, trong khi đó có vô số trục phụ; các tia sáng đi qua
quang tâm (trùng với mỗi trục phụ) đều truyền thẳng; bề dày của thấu kính phụ thuộc vào 2
bán kính cong R1, R2 và đường kính khẩu độ.
1.5.3. Tiêu điểm, tiêu diện, tiêu cự
1.5.3.1. Tiêu điểm ảnh chính

Chiếu một chùm sáng (đơn sắc) song song với trục chính đến thấu kính hội tụ, dùng một
màn
E hứng các chùm tia ló thì thu được một vệt sáng hiện trên màn E. Di chuyển màn E cho tới khi
vệt sáng này nhỏ và sáng nhất. Vị trí điểm sáng này được gọi là tiêu điểm ảnh chính F’, gọi tắt là
tiêu điểm ảnh. (hình a)
Làm lại thí nghiệm trên với một thấu kính phân kì thì không thể hứng được điểm sáng trên
màn E, nhưng nếu nhìn vào thấu kính có thể thấy một điểm sáng ở vị trí F’ gọi là tiêu điểm ảnh.
Với thấu kính phân kì thì tiêu điểm ảnh F’ nằm phía tia tới. (hình b)
1.5.3.2. Tiêu điểm vật chính

Đặt một nguồn sáng điểm trên trục chính của một thấu kính hội tụ và hứng chùm sáng ló trên
một màn ảnh E. Di chuyển nguồn sáng điểm này dọc theo trục chính cho tới khi ta thấy vệt sáng

tròn trên màn E có đường kính bằng đường kính khẩu độ của thấu kính. Khi đó chùm sáng ló là
chùm sáng song song. Vị trí của nguồn sáng điểm để có chùm sáng ló song song với trục chính
như trên là tiêu điểm vật chính (tiêu điểm vật) F của thấu kính.
Với thấu kính phân kì, khi chiếu tới thấu kính một chùm tia hội tụ thì tìm được một vị trí F trên
trục chính của điểm hội tụ để chùm tia ló ra khỏi thấu kính cũng là chùm tia song song với trục
chính. Điểm F gọi là tiêu điểm vật chính (tiêu điểm vật) của thấu kính phân kì và nằm cùng phía
với chùm tia ló.


Các tiêu điểm F và F’ đối xứng nhau qua quang tâm.

1.5.3.3. Tiêu diện

Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm vật F được gọi là tiêu diện vật.
Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm ảnh F’ được gọi là tiêu diện ảnh.
Điểm cắt của một trục phụ bất kì với tiêu diện vật hay tiêu diện ảnh gọi là tiêu điểm vật phụ
hay tiêu điểm ảnh phụ.
Chiều truyền ánh sáng

F

Tiêu diện vật

1.5.3.4. Tiêu cự

o

F’

Tiêu diện ảnh

Tiêu cự là một trị số đại số có giá trị đại số tuyệt đối bằng khoảng cách từ các tiêu điểm

f = OF
chính tới quang tâm thấu kính và được xác định bởi công thức:
Quy ước: f > 0 với thấu kính hội tụ.
f < 0 với thấu kính phân kì.
1.5.4. Đường đi của tia sáng qua thấu kính và ảnh của một vật tạo bởi thấu

kính
Để vẽ đường đi tia sáng qua thấu kính cần sử dụng một trong ba tia đặc biệt:
+ 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) đi qua tiêu điểm vật chính F, tia ló tương ứng song song với
trục chính.
+ Tia tới qua quang tâm O thì truyền thẳng.
Đối với một tia tới bất kỳ, ta có thể vẽ tia ló bằng cách vẽ trục phụ, tia ló của tia tới đó và
trục phụ giao nhau tại một điểm trên tiêu diện.
Đối với thấu kính hội, tia sáng song song với trục nào thì sau khi qua thấu kính tia ló sẽ qua tiêu
điểm nằm trên trục ấy.
Đối với thấu phân kì, tia sáng song song với trục nào thì sau khi qua thấu kính tia ló sẽ qua tiêu
điểm ảo nằm trên trục ấy.
Đối với một tia tới bất kỳ, ta có thể vẽ tia ló bằng cách vẽ trục phụ, tia ló của tia tới đó và trục
phụ giao nhau tại một điểm trên tiêu diện.
Các chùm sáng có màu khác nhau thì sẽ hội tụ ở những điểm khác nhau, còn chùm sáng trắng
song song gần trục sẽ hội tụ hầu như ở một điểm.
Ảnh của một vật qua thấu kính là tập hợp ảnh của tất cả các điểm trên vật, ảnh của một điểm là
giao điểm của các tia ló (hoặc đường kéo dài của tia ló).

1.5.5. Độ tụ

Độ tụ là đại lượng đặc trưng cho khả năng làm hội tụ (hay phân kì) chùm sáng nhiều hay ít
được xác định bởi công thức:

D=

 1
1
n
1 
÷
= ( − 1)  +
R
f
no
R ÷
 1
2

D=
Nếu thấu kính đặt trong không khí thì:

 1
1
1 
÷
= (n − 1)  +
R

f
R ÷
 1
2

Trong đó: R1, R2 là bán kính của các mặt của thấu kính.
Quy ước:
R1, R2 > 0 với các mặt lồi,
R1, R2 < 0 với các mặt lõm,
R1 (hay R2) = 0 với mặt phẳng.


Một thấu kính có độ tụ càng lớn thì tiêu cự càng nhỏ và khả năng hội tụ (phân kỳ) ánh sáng
càng lớn. Khi tính trị số của độ tụ, f phải được dùng đơn vị là mét (m) và đơn vị của độ tụ là
điốp.
1.5.6. Các công thức của thấu kính

1 1 1
= +
f d d/
- Công thức liên hệ giữa vị trí vật và vị trí ảnh:
d > 0 với vật thật, d’ > 0 với ảnh thật, d’ < 0 với ảnh ảo.

k =−
- Công thức tính độ phóng đại:

d ' A' B '
=
d
AB

Nếu ảnh và vật cùng chiều, k > 0.
Nếu ảnh và vật ngược chiều, k < 0.
Trong đó:
f : là tiêu cự của thấu kính
d : là khoảng cách từ vật đến thấu kính.
d’: là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính.
1.5.7. Các trường hợp ảnh tạo bởi thấu kính

Thấu kính hội tụ.
+ d > 2f: ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật.
+ d = 2f: ảnh thật, ngược chiều, bằng vật.
+ 2f > d > f: ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật.
+ d = f: ảnh rất lớn, ở vô cực.
+ d < f: ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật.


Thấu kính phân kì
+ Luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật.
1.5.8. Các ứng dụng của thấu kính

Khắc phục các tật của mắt, dùng trong các quang cụ hỗ trợ cho mắt quan sát các vật từ vi mô
đến vĩ mô, ở xa hay ở gần.
Dùng trong các máy quay phim, chụp hình; máy quang phổ…Vật liệu chế tạo thấu kính ngày
càng hoàn thiện, với công nghệ chế tạo tinh vi, người ta đã chế tạo ra các dụng cụ quang cho ảnh
có chất lượng cao.
2.6. Mắt
2.6.1. Cấu tạo quang học của mắt
Mắt là một hệ gồm nhiều môi trường trong suốt tiếp giáp nhau
bằng các mặt cầu. Chiết suất của các môi trường này có giá trị

trong khoảng 1,336 – 1,437.
Mắt có các bộ phận được chỉ ra trong hình 3.1.
* Thể thuỷ tinh: là khối chất đặc trong suốt (giống như thạch) có hình dạng thấu kính hội tụ.
Thuỷ tinh thể có tác dụng hội tụ chùm ánh sáng chiếu vào mắt để tạo thành ảnh trên võng mạc.

Hình 3.1


* Võng mạc (màng lưới): lớp mỏng tại đó tập trung đầu các sợi dây thần kinh thị giác. Trên đó
có chỗ rất nhỏ màu vàng là nơi cảm nhận ánh sáng nhạy nhất được gọi là điểm vàng. Võng mạc
có tác dụng giống như một màn ảnh để hứng ảnh tạo bởi thấu kính.
Trong Quang học, mắt được biểu diễn bằng sơ đồ thu gọn như hình 3.2. Trong đó hệ quang
học phức tạp của mắt được coi tương đương như một thấu kính hội tụ (gọi là thấu kính của mắt).

Hình.3.2
Cường độ ánh sáng chiếu vào mắt có thể thay đổi được nhờ con ngươi. Khi ta quan sát mọi vật
xung quanh, tuỳ vào cảnh vật là sáng hay tối mà con ngươi điều chỉnh cường độ ánh sáng chiếu
vào mắt thích hợp để giúp mắt nhìn rõ. Khi ánh sáng mạnh quá thì con ngươi thu nhỏ lại, cản lại
bớt ánh sáng và ngược. Chẳng hạn khi từ ngoài sáng bước vào phòng tối, ta lập tức cảm thấy
trước mắt là một bóng đen, sau một thời gian ngắn mới thích nghi được. Đó là vì khi từ chỗ sáng
vào chỗ tối, con ngươi phải dần dần mở ra cho đến khi thích nghi được với môi trường tối, ta
mới nhìn thấy được.
Trong các bộ phận cấu tạo nên mắt thì riêng nhãn cầu có thể xoay được. Động tác xoay nhãn cầu
(liếc mắt) mục đích để tạo ảnh nằm đúng trên điểm vàng, giúp mắt có thể nhìn rõ các vật từ
nhiều vị trí khác nhau.
Ở võng mạc, có một vị trí tại đó các sợi dây thần kinh đi vào nhãn cầu. Vị trí này gọi là
điểm mù. Khi ảnh rơi trúng vị trí này, mắt sé không nhìn thấy vật. Điểm mù có thể kiểm chứng
bằng thực nghiệm.
2.6.2. Sự điều tiết của mắt. Điểm cực viễn. Điểm cực cận

* Sự điều tiết của mắt là hoạt động của mắt làm thay đổi tiêu cự của thấu kính mắt để cho ảnh
của các vật ở cách mắt những khoảng khác nhau vẫn được tạo ra ở màng lưới.
Việc này được thực hiện nhờ các cơ vòng của mắt. Khi bóp lại, các cơ này làm thuỷ tinh thể
phồng lên, giảm bán kính cong, tiêu cự của mắt giảm. Khi không điều tiết tiêu cự lớn nhất, khi
điều tiết tối đa tiêu cự nhỏ nhất. Khi mắt chuyển từ quan sát vật này sang quan sát vật khác thì
trạng thái điều tiết sẽ thay đổi. Trong quá trình đó, tiêu cự có thể tăng hoặc giảm.
* Điểm cực viễn: là điểm xa nhất trên trục của mắt mà đặt vật tại đó mắt còn có thể nhìn rõ,
ảnh của vật này còn nằm trên võng mạc. Đối với mắt không có tật, điểm cực viễn ở vô cực. Khi
quan sát vật ở điểm cực viễn, mắt không phải điều tiết, do đó không bị mỏi.
* Điểm cực cận: là điểm gần nhất trên trục của mắt mà đặt vật tại đó mắt còn nhìn rõ được,
ảnh của vật này còn nằm trên võng mạc. Khi quan sát vật ở điểm cực cận thì mắt điều tiết tối đa,
nếu quan sát lâu mắt dễ bị mỏi. Đối với mắt bình thường, điểm cực cận cách mắt khoảng từ 10 20cm
* Khoảng cách từ điểm cực viễn đến điểm cực cận gọi là khoảng nhìn rõ của mắt.
2.6.3. Góc trông và năng suất phân li của mắt

Trên hình 3.3,

θ

là góc trong một cánh hoa

hồng. Góc trong một vật phụ thuộc vào kích thước
của vật đó và khoảng cách từ vật đó đến mắt. Vật
càng xa và càng nhỏ thì góc trông càng nhỏ.

Hình 3.3

Năng suất phân li của mắt là góc trông nhỏ nhất giữa hai điểm trên vật mà mắt còn có thể
phân biệt được hai điểm đó. Lúc đó, hai ảnh của hai vật trên nằm tại hai tế bào nhạy sáng cạnh

nhau trên võng mạc.
2.6.4. Các tật của mắt và cách sửa
* Mắt cận: không nhìn được xa, nhìn gần hơn mắt thường; có điểm cực cận và cực viễn ở gần
hơn so với mắt bình thường; khi không điều tiết tiêu điểm nằm trước võng mạc (H.3.4a).


Khắc phục: Khắc phục tật cận thị là làm thế nào để mắt cận nhìn xa rõ như mắt thường. Kính
đeo sao cho vật ở xa cho ảnh nằm gần hơn và trong khoảng nhìn rõ của mắt.
Để khắc phục đeo kính phân kì có độ tụ thích hợp trước mắt hay gắn nó sát giác mạc
(H.3.4b), hoặc phẫu thuật giác mạc làm giảm độ cong ngoài giác mạc.

Hình 3.4
* Mắt viễn: Điểm cực cận ở xa hơn so với mắt bình thường ( > 25cm), điểm cực viễn là điểm ảo
nằm sau mắt, tiêu điểm nằm sau võng mạc (H.3.5). Không nhìn gần được, còn nhìn xa như mắt
thường.
Để sửa tật phải đeo kính hội tụ có độ tụ thích hợp trước mắt hay gắn nó sát giác mạc; Có
thể phẫu thuật giác mạc làm tăng độ cong mặt ngoài giác mạc. Kính đeo sao cho vật ở gần cho
ảnh nằm xa hơn và trong khoảng nhìn rõ của mắt.

Hình 3.5


* Mắt lão: lúc về già, khả năng điều tiết của mắt giảm, vì cơ mắt yếu đi và thuỷ tinh thể trở nên
cứng hơn. Hậu quả làm cho điểm cực cận dời xa mắt.
- Đặc điểm: không nhìn gần được, nhìn xa như mắt thường.
- Khắc phục : Khắc phục tật lão thị là làm thế nào để mắt lão nhìn gần rõ như mắt thường (giống
như mắt viễn). Kính đeo sao cho vật ở gần cho ảnh nằm xa hơn và trong khoảng nhìn rõ của
mắt. Để khắc phục phải đeo kính hội tụ có độ tụ thích hợp trước mắt hay gắn nó sát giác mạc
hoặc phẫu thuật giác mạc làm tăng độ cong mặt ngoài giác mạc.
Đối với người có mắt cận thị, lúc về già có thêm tật mắt lão, đo đó khi lớn tuổi phải

đeo hai loại kính: kính phân kì để nhìn vật ở xa, kính hội tụ nhìn vật ở gần. Trong thực tế người
ta có chế tạo “kính hai tròng” có phần trên phân kì và phần dưới hội tụ.
2.6.5. Sự lưu ảnh của mắt
Năm 1829, Platô – nhà vật lý người Bỉ phát hiện ra là cảm nhận do tác động của ánh sáng lên
các tế bào màng lưới tiếp tục tồn tại khoảng 1/10 s sau khi chùm sáng tắt. Trong 1/10 s này ta
vẫn còn thấy vật mặc dù ảnh của vật không còn được tạo ra ở võng mạc nữa. Đó là hiện tượng
lưu ảnh của mắt. Nhờ hiện tượng này mà mắt nhìn thấy các ảnh trên màn ảnh chiếu phim, trên
màn hình tivi...chuyển động.
Sách giáo khoa củ gọi là hiện tượng lưu ảnh trên võng mạc, sách giáo khoa hiện hành gọi là
hiện tượng lưu ảnh của mắt. Thực sự cho đến nay vẫn chưa có bằng chứng xác định rõ sự lưu
ảnh là sự kéo dài của một trạng thái sinh hoá học ở võng mạc hay một trạng thái lưu thông tin ở
não.
2.7. Kính lúp
2.7.1. Cấu tạo và công dụng
+ Kính lúp là dụng cụ quang bỗ trợ cho mắt để quan
sát các vật nhỏ.

Kính lúp


+ Kính lúp được cấu tạo bởi một thấu kính hội tụ (hoặc hệ ghép tương đương với thấu kính hội
tụ) có tiêu cự nhỏ (cở cm).

2.7.2. Sự tạo ảnh bởi kính lúp

d
d/

+ Đặt vật trong khoảng từ quang tâm đến tiêu điểm vật của kính lúp. Khi đó kính sẽ cho một ảnh
ảo cùng chiều và lớn hơn vật (H.5.1).

+ Để nhìn thấy ảnh thì phải điều chỉnh khoảng cách từ vật đến thấu kính để ảnh hiện ra trong
giới hạn nhìn rỏ của mắt. Động tác quan sát ảnh ở một vị trí xác định gọi là ngắm chừng ở vị trí
đó.
+ Khi cần quan sát trong một thời gian dài, ta nên thực hiện cách ngắm chừng ở cực viễn để mắt
không bị mõi.
2.7.3. Số bội giác của kính lúp

Hình 5.1


+ Xét trường hợp ngắm chừng ở vô cực. Khi đó vật AB phải đặt ở tiêu diện vật của kính lúp để
ảnh của vật nằm ở vô cực (H.5.2).
AB
f
Ta có: tanα =

và tan α0 =

AB
OCC

(góc trông vật có giá trị lớn nhất

α0

ứng với vật đặt tại

điểm cực cận).
tan α
tan α o

Do đó G∞ =

OCC
f

Hình 5.2

=

Người ta thường lấy khoảng cực cận OC C= 25cm. Khi sản xuất

kính lúp người ta thường ghi giá trị G (ứng với khoảng cực cận này trên kính (5x, 8x, 10x, …).
Khi ngắm chừng ở vô cực, mắt không phải điều tiết và độ bội giác của kính không phụ thuộc
vào vị trí đặt mắt (so với kính).
+ Khi ngắm chừng ở cực cận:

d 'C
dC
Gc = |k| = |

|

2.8. Công dụng và cấu tạo của kính hiễn vi
+ Kính hiển vi là dụng cụ quang học bỗ trợ cho mắt để
nhìn các vật rất nhỏ, bằng cách tạo ra ảnh có góc trông
lớn. Số bội giác của kính hiển vi lớn hơn nhiều so với số
bội giác của kính lúp.
+ Kính hiển vi gồm vật kính là thấu kính hội tụ có tiêu cự
rất nhỏ (vài mm) và thị kính là thấu kính hội tụ có tiêu cự

nhỏ (vài cm). Vật kính và thị kính đặt đồng trục, khoảng
cách giữa chúng O1O2 = l không đổi. Khoảng cách F1’F2 =

δ

(gọi là độ dài quang học của kính) (H.6.2).


Ngoài ra còn có bộ phận tụ sáng để chiếu sáng vật cần quan sát. Đó thường là một gương cầu
lỏm.

Hình 6.1: Kính hiển vi
Thị kính
B1
A1

F1

F2

F1/

A1/
B1/

Vật kính

B/2

Hình 6.2: Sơ đồ tạo ảnh qua kính hiển vi

2.8.1. Sự tạo ảnh bởi kính hiễn vi
Sơ đồ tạo ảnh :

L
L
1
2→ A B
AB →
AB

d
/ 1 1d
d
d/ 2 2
1
2
1
2
A1B1 là ảnh thật lớn hơn nhiều so với vật AB. A 2B2 là ảnh ảo lớn hơn nhiều so với ảnh trung
gian A1B1. Mắt đặt sau thị kính để quan sát ảnh ảo A2B2.
Điều chỉnh khoảng cách từ vật đến vật kính (d 1) sao cho ảnh cuối cùng (A2B2) hiện ra trong
giới hạn nhìn rỏ của mắt và góc trông ảnh phải lớn hơn hoặc bằng năng suất phân li của mắt. Nếu
ảnh sau cùng A2B2 của vật quan sát được tạo ra ở vô cực thì ta có sự ngắm chừng ở vô cực.
2.8.2. Số bội giác của kính hiễn vi


d1/ .d 2/
Gc =
d1d 2
+ Khi ngắm chừng ở cực cận:

tan α =

A1 B1
AB
tan α 0 =
f2
OCc

+ Khi ngắm chừng ở vô cực:

⇒

G∞ =

;

tan α
A B OCc
= 1 1.
tan α 0
AB f 2

G∞ = k G2 =

δ .OCc
f1 f 2
, với

δ = O1O2 – f1 – f2.(khoảng cách từ tiêu điểm ảnh của vật kính

đến tiêu điểm vật của thị kính gọi là độ dài quanh học của kính hiển vi).

Dựa vào công thức tính

G∞

, có thể nhận thấy rằng, để tăng số bội giác của kính hiển

vi lên bằng cách giảm tiêu cự của vật kính và thị kính. Nhưng không thể tăng lên mãi được vì
nhiều lí do như không thoả mãn điều kiện tương điểm và khi tiêu cự nhỏ thì các kết quả của thấu
kính mỏng không còn áp dụng được cho kính hiển vi. Kính hiển vi quang học dùng trong thực tế
có số phóng đại cở vài trăm đến vài ngàn lần.
2.8.3. Một ví dụ ứng dụng của kính hiển vi
2.8.3.1. Cấu tạo kính hiển vi điện tử quét SEM
Các bộ phận chính:
 Súng phóng điện tử (Nguồn phát điện tử)
 Hệ thống các thấu kính từ
 Bộ phận thu nhận tín hiệu detecter
 Buồng chân không chứa mẫu
 Thiết bị hiển thị


Các bộ phận khác: Nguồn cấp điện, hệ chân không, hệ thống làm lạnh, bơm chống rung, hệ
thống chống nhiễm từ trường và điện trường.

2.8.3.2. Nguyên tắc hoạt động của SEM
Các bước cơ bản trong Electron Microscopy (EM) là:
1. Dòng electron được định dạng và gia tốc về phía mẫu bằng một điện thế dương.
2.Dòng này sau đó bị hạn chế và tập trung lại bằng một khẩu độ kim lọai và thấu kính từ để tạo

ra dòng nhỏ, hội tụ và đơn sắc.
3.Dòng sau đó được hội tụ vào mẫu bằng cách dùng thấu kính từ.
4. Các sự tương tác xảy ra bên trong mẫu khi dòng đập vào, tác động đến sóng electron.
5.Các sự tương tác này được nhận biết và chuyển đổi thành hình ảnh


2.8.3.3. Sự tạo ảnh trong SEM
Khi electron đập vào mẫu thì có các trường hợp xảy ra như sau:
-Nếu không va chạm với nguyên tử,nó sẽ tiếp tục di chuyển đến va chạm với màn hình.
-Nếu electron va chạm với mẫu (va chạm không đàn hồi),khi đó các electron đến màn hình sẽ
không xác định được năng lượng và góc tới và gây nhiễu ảnh.
-Nếu electron va chạm đàn hồi thì năng lượng của nó không đổi và tuân theo định luật bảo toàn
momen, xác định được góc tới, các electron này dùng để cho thông tin về mẫu với độ phân giải
cao.
Phấn hoa chụp qua SEM và ảnh chụp của một loại tảo.