Vật lý Lớp 11

1. Định nghĩa: Lăng kính là một khối trong suốt, đồng chất thường có dạng lăng trụ tam giác.

2. Đường đi của tia sáng đơn sắc qua lăng kính.

- Các tia sáng khi qua lăng kính bị khúc xạ và tia ló luôn bị lệch về phía đáy lăng kính.

- Góc nhọn hợp bởi phương của tia tới và tia ló gọi là góc lệch D của tia sáng đơn sắc khi đi qua lăng kính.

3. Các công thức:

- Điều kiện để có tia ló qua lăng kính:

$ \left\{ \begin{gathered} A \leqslant 2{i_{gh}} \hfill \\ i \geqslant {i_0} \hfill \\ \sin {i_0} = n\sin (A - {i_{gh}}) \hfill \\ \end{gathered} \right. $

- Các công thức lăng kính:

$ \left\{ \begin{gathered} \sin {i_1} = n\sin {r_1} \hfill \\ \sin {i_2} = n\sin {r_2} \hfill \\ A = {r_1} + {r_2} \hfill \\ D = {i_1} + {i_2} - A \hfill \\ \end{gathered} \right. $

Khi A và i1 < 100 thì ta có:	Khi góc lệch đạt cực tiểu: Tia ló và tia tới đối xứng nhau qua mặt phẳng phân giác của góc chiết quang A:
$ \left\{ \begin{gathered} i_1 = nr_1 \hfill \\ i_2 = nr_2 \hfill \\ A = {r_1} + {r_2} \hfill \\ D = (n - 1)A \hfill \\ \end{gathered} \right. $	$ \left\{ \begin{gathered} i_1 = i_2 = i \hfill \\ r_1 = r_2 = \frac{A}{2}\hfill \\ D = 2i - A \hfill \\ \end{gathered} \right. $

4. Ứng dụng: Ứng dụng trong máy quang phổ, lăng kính phản xạ toàn phần.

1. Định nghĩa: Thấu kính là một khối chất trong suốt, đồng chất, giới hạn bởi hai mặt cong hoặc một mặt cong và một mặt phẳng.

2. Phân loại: Có 2 loại thấu kính: Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.

Thấu kính rìa mỏng gọi là thấu kính hội tụ.	Thấu kính rìa dày gọi là thấu kính phân kì.

3. Các tên gọi:

- Quang tâm O là điểm chính giữa thấu kính.

- Trục chính là đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với thấu kính.

- Trục phụ là đường thẳng đi qua quang tâm O nhưng không vuông góc với thấu kính.

- Tiêu điểm vật chính F là điểm nằm trên trục chính, mà khi đặt vật sáng tại đó sẽ cho chùm tia ló song song với trục chính.

- Tiêu điểm ảnh chính F' là điểm nằm trên trục chính, giao nhau của các tia ló khi chùm tia tới chiếu song song với trục chính.

- Tiêu diện vật là mặt phẳng đi qua tiêu điểm vật và vuông góc với trục chính.

- Tiêu diện ảnh là mặt phẳng đi qua tiêu điểm ảnh và vuông góc với trục chính.

- Tiêu điểm vật phụ F_n là giao điểm của trục phụ và tiêu diện vật.

- Tiêu điểm ảnh phụ F'_n là giao điểm của trục phụ và tiêu diện ảnh.

- Tiêu cự là khoảng cách từ quang tâm O đến tiêu điểm vật chính F hoặc ảnh chính F'.

f = OF = OF'

4. Sự tạo ảnh. Vị trí của ảnh qua thấu kính là điểm giao nhau của ít nhất 2 tia sáng ló ra khỏi thấu kính.

- Tia tới qua quang tâm O, tia ló truyền thẳng.

- Tia tới song song trục chính, tia ló qua tiêu điểm ảnh chính F’.

- Tia tới qua tiêu điểm vật chính F, tia ló song song trục chính.

- Tia tới song song trục phụ, tia ló qua tiêu điểm ảnh phụ.

5. Các công thức:

- Khoảng cách từ vật đến thấu kính là d. - Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính là d’. - Khoảng cách từ vật đến ảnh là d + d’.   + Vật thật d > 0, ảo d < 0.   + Ảnh thật d’ > 0, ảo d’ < 0. - Hệ số phóng đại: $ K = - \frac{{d'}}{d} = \frac{{\overline {A'B'} }}{{\overline {AB} }} $   + Ảnh và vật cùng chiều k > 0.   + Ảnh và vật ngược chiều k < 0. - Độ tụ (lưu ý đổi đơn vị của f ra mét): $ D = \frac{1}{f} $ - Công thức: $ \begin{gathered} f = \frac{kd}{k - 1} \\ f = \frac{d'}{1 - k} \\ f = - \frac{k}{{{{(k - 1)}^2}}}(d + d') \\ f = \frac{k}{k^2 - 1}(d - d') \\ \end{gathered} $
Thấu kính hội tụ (f > 0)	Thấu kính phân kì (f < 0)
- Vật thật nằm ngoài khoảng OF cho ảnh thật. Ảnh và vật cùng tính chất, trái chiều.   + f < d < 2f thì k < -1, d + d' > 0   + d = 2f thì k = -1, d + d' > 0   + d > 2f thì -1 < k < 0, d + d' > 0 - Vật thật nằm tại F (d = f) thì ảnh ờ vô cực. - Vật thật nằm trong khoảng OF cho ảnh ảo. Ảnh và vật trái tính chất, cùng chiều.   + d < f thì k > 1, d + d' < 0	- Vật thật luôn cho ảnh ảo bé hơn vật và nằm gần thấu kính hơn. Ảnh và vật trái tính chất, cùng chiều.   + 0 < k < 1; d + d’ > 0.

1. Cấu tạo:

Về phương diện quang hình học, mắt giống như một máy ảnh, cho ảnh thật nhỏ hơn vật nằm trên võng mạc. Gồm có:

- Thủy tinh thể: đóng vai trò là một thấu kính hội tụ có tiêu cự f thay đổi được.

- Võng mạc: đóng vai trò là màn ảnh, sát dáy mắt nơi tập trung các tế bào nhạy sáng ở dầu các dây thần kinh thị giác. Trên võng mạc có điểm vàng V rất nhạy sáng.

2. Sự điều tiết của mắt.

- Sự điều tiết: Do khoảng cách từ thủy tinh thể đến võng mạc là d’ = OV luôn không đổi, do đó để nhìn rõ các vật ở các khoảng cách d khác nhau thì tiêu cự f của mắt phải thay đổi, sự thay đổi tiêu cự f của mắt gọi là sự điều tiết của mắt.

- Điểm cực viễn C_v là điểm xa nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật tại đó mắt có thể thấy rõ được mà không cần điều tiết (f = f_max).

- Điểm cực cận C_c là điểm gần nhất trên trục chính của mắt mà đặt vật tại đó mắt có thể thấy rõ được khi mắt đã điều tiết tối đa, làm độ cong của thủy tinh thể tăng lên (f = f_min).

- Khoảng nhìn rõ của mắt là khoảng cách từ điểm cực cận C_c đến cực viễn C_v.

- Mắt bình thường có: f_max = OV, OC_c = Đ = 25 cm; OC_v = ∞.

3. Góc trong vật và năng suất phân ly của mắt.

- Góc trông vật: $tan \alpha = \frac{AB}{l}$

  Với α là góc trông vật; AB là kích thườc vật; l = AO là khỏang cách từ vật tới quang tâm O của mắt.

- Năng suất phân ly của mắt là Là góc trông vật nhỏ nhất α_min giữa hai điểm A và B mà mắt còn có thể phân biệt được hai điểm đó $ {\alpha _{\min }} \approx 1' \approx \frac{1}{{3500}} rad $.

- Sự lưu ảnh trên võng mạc là thời gian mà hình ảnh còn lưu lại trên võng mạc sau khi tắt ánh sáng kích thích. Thời gian này khoảng $\frac{1}{10}$ giây.

4. Các tật của mắt và cách khắc phục.

Cận thị	Viễn thị	Lão thị
- Mắt khi không điều tiết có tiêu điểm ảnh nằm phía trước võng mạc. - Điểm cực cận và cực viễn dời lại gần mắt hơn so với bình thường. OCc < Đ; OCv < ∞; fmax < OV; Dcận > Dthường. - Cách chữa: Để nhìn xa được như mắt bình thường thì phải đeo một thấu kính phân kỳ sao cho vật ở ∞ qua kính cho ảnh hiện lên ở điểm cực viễn của mắt. $ {D_K} = \frac{1}{f} = \frac{1}{d} + \frac{1}{{d'}} = \frac{1}{\infty } - \frac{1}{{O{C_V} - \ell }} $   Trong đó l là khoảng cách từ mắt tới kính.	- Mắt khi không điều tiết có tiêu điểm ảnh nằm phía sau võng mạc. - Điểm cực cận dời xa mắt hơn so với bình thường. OCc > Đ; Cv ở sau mắt; fmax > OV; Dviễn < Dthường. - Cách chữa: Để nhìn vật ở gần được như mắt bình thường thì phải đeo một thấu kính hội tụ sao cho vật cách mắt 25cm qua kính cho ảnh hiện lên ở điểm cực cận của mắt. $ {D_K} = \frac{1}{f} = \frac{1}{d} + \frac{1}{{d'}} = \frac{1}{25} - \frac{1}{{O{C_c} - \ell }} $   Trong đó l là khoảng cách từ mắt tới kính.	- Do cơ mắt yếu, khả năng điều tiết của mắt giảm, nhìn xa ở vô cực phải điều tiết. - Điểm cực cận dời xa mắt hơn so với bình thường. - Cách chữa: Để nhìn vật ở gần được như mắt bình thường thì phải đeo một thấu kính hội tụ sao cho vật cách mắt 25cm qua kính cho ảnh hiện lên ở điểm cực cận của mắt. - Đối với mắt cận và lão thì phải đeo kính phân kì khi nhìn xa (vật ở vô cực cho ảnh ở cực viễn) và đeo kính hội tụ khi nhìn gần (vật cách mắt 25cm cho ảnh ở cực cận).

1. Cấu tạo: Kính lúp là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (cỡ vài cm). Nó có tác dụng làm tăng góc trông ảnh bằng cách tạo ra một ảnh ảo, lớn hơn vật và nằm trong giới hạn nhìn thấy rõ của mắt, bổ trợ cho mắt trong việc quang sát các vật nhỏ.

2. Độ bội giác: Độ bội giác G của kính lúp là tỉ số giữa góc trông ảnh α của một vật qua kính lúp với góc trông vật cực đại α₀ (khi đặt vật tại điểm cực cận của mắt).

\(G = \frac{\alpha }{{{\alpha _0}}} \approx \frac{{\tan \alpha }}{{\tan {\alpha _0}}}\)

Với

\(tg{\alpha _0} = \frac{{AB}}{Đ}\)	\(tg\alpha = \frac{{A'B'}}{{OA}} = \frac{{A'B'}}{{\left| {d'} \right| + \ell }}\)

Suy ra:

\(G = \frac{{tg\alpha }}{{tg{\alpha _0}}} = \frac{{A'B'}}{{AB}}.\frac{Đ}{{\left| {d'} \right| + \ell }}\)

⇔ \({\rm{G = k}}{\rm{.}}\frac{{\rm{Đ }}}{{\left| {{\rm{d'}}} \right|{\rm{ + }}\ell }}\)

Ngắm chừng cực cận.	Ngắm chừng cực viễn.	Ngắm chừng vô cực.
- Điều chỉnh để ảnh A1B1 là ảnh ảo hiện ra tại Cc: d’ = - (OCc - l) với l là khoảng cách giữa vị trí đặt kính và mắt. \({D_k} = \frac{1}{f} = \frac{1}{d} + \frac{1}{{d'}} = \frac{1}{d} - \frac{1}{{O{C_C} - \ell }}\) - Do \(\left| {d'} \right| + \ell = Đ \) nên số bội giác: \({G_c} = {k_c} = \frac{{ - d'}}{d}\)	- Điều chỉnh để ảnh A1B1 là ảnh ảo hiện ra tại Cv: d’ = - (OCv - l) với l là khoảng cách giữa vị trí đặt kính và mắt. \({D_k} = \frac{1}{f} = \frac{1}{d} + \frac{1}{{d'}} = \frac{1}{d} - \frac{1}{{O{C_v} - \ell }}\) - Do \(\left| {d'} \right| + \ell = OC_v \) nên số bội giác: \({G_v} = k_v \frac{{Đ}}{OC_v} = = \frac{{ - d'}}{d}\frac{{Đ}}{OC_v}\)	- Điều chỉnh để ảnh A1B1 là ảnh ảo hiện ra tại ∞: d’ = - ∞. \({D_k} = \frac{1}{f} = \frac{1}{d} + \frac{1}{{d'}} = \frac{1}{d}\) - Do ảnh ở ∞ nên ta có: \(tg\alpha = \frac{{AB}}{{OF}} = \frac{{AB}}{f}\) ⇒ \({G_\infty } = \frac{Đ}{f}\) - Khi ngắm chừng ở vô cực thì mắt không phải điều tiết và đĐộ bội giác của kính lúp không phụ thuộc vào vị trí đặt mắt. - Giá trị của G∞ được ghi trên vành kính lúp. (X2,5; X5, X10..).

1. Cấu tạo: Kính hiển vi là một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của những vật nhỏ, với độ bội giác lớn lơn rất nhiều so với độ bội giác của kính lúp. Gồm các bộ phận chính:

- Vật kính O₁ là một thấu kính hội tụ có tiêu cự rất ngắn (vài mm), dùng để tạo ra một ảnh thật rất lớn của vật cần quan sát.

- Thị kính O₂ cũng là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (vài cm), dùng như một kính lúp để quan sát ảnh thật nói trên. Hai kính có trục chính trùng nhau và khoảng cách giữa chúng không đổi.

- Và bộ phận tụ sáng dùng để chiếu sáng vật cần quan sát.

2. Độ bội giác khi ngắm chừng vô cực.

Ta có:

\(tg\alpha = \frac{{{A_1}{B_1}}}{{{O_2}{F_2}}} = \frac{{{A_1}{B_1}}}{{{f_2}}}\)

Và

\(tg\alpha_0 = \frac{{{\rm{AB}}}}{{\rm{Đ}}}\)

Do đó:

\({G_\infty } = \frac{{tg\alpha }}{{tg{\alpha _0}}} = \frac{{{A_1}{B_1}}}{{AB}}.\frac{Đ}{{{f_2}}}\)

Tức là, độ bội giác G_∞ của kính hiển vi trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực bằng tích của độ phóng đại k₁ của vật kính với độ bội giác G₂ của thị kính.

Hoặc

\(G_\infty = \frac{\delta .Đ}{f_1.f_2}\)

Với: δ = F₁F'₁ gọi là độ dài quang học của kính hiển vi.

Người ta thường lấy Đ = 25cm.

1. Cấu tạo: 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). Gồm 2 bộ phận chính:

- Vật kính O₁ là một thấu kính hội tụ có tiêu cự dài (vài mét).

- Thị kính O₂ cũng là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (vài cm). Hai kính có trục chính trùng nhau và khoảng cách giữa chúng có thể thay đổi.

2. Độ bội giác khi ngắm chừng vô cực.

Trong cách ngắm chừng ở vô cực, người quan sát điều chỉnh để ảnh A₂B₂ ở vô cực. Lúc đó:

\(tg\alpha = \frac{{{A_1}{B_1}}}{{{f_2}}}\)

Và

\(tg{\alpha _0} = \frac{{{A_1}{B_1}}}{{{f_1}}}\)

Do đó, độ bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực là:

\({G_\infty } = \frac{{tg\alpha }}{{tg{\alpha _0}}} = \frac{{{f_1}}}{{{f_2}}}\)