Giải Vật Lí 11 Bài 31: Mắt

Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 31: Mắt chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Mắt lớp 11.

Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 31: Mắt

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời 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.
Lời giải:

* Từ hình 31.1 góc trông vật:

$tg\alpha ={\displaystyle \frac{AB}{1}}$

Α = góc trông vật; AB: kích thước vật;     

l = AO = khoảng cách từ vật tới quang tâm của mắt.

* Góc trông vật phụ thuộc vào các yếu tố:

- Kích thước vật

- Khoảng cách từ vật tới mắt.

Trả lời câu C2 trang 199 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.
Lời giải:

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

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.

Câu hỏi và bài tập (trang 203 sgk Vật lí 11)

Bài 1 trang 203 SGK Vật lí 11: Trình bày cấu tạo của mắt về phương diện quang học.

Lời giải:

a) Giác mạc (màng giác): Lớp màng cứng trong suốt có tác dụng bảo vệ cho các phần tử phía trong và làm khúc xạ các tia sáng truyền vào mắt.

b) Thủy dịch: chất lỏng trong suốt có chiết suất xấp xỉ bằng chiết xuất của nước.

c) Lòng đen: Màn chắn, ở giữa có lỗ trống để điều chỉnh chùm sáng đi vào trong mắt. Lỗ trống này gọi là con ngươi. Con ngươi có đường kính thay đổi tự động tùy theo cường độ ánh sáng.

d) Thể thủy tinh: khối chất đặc trong suốt, có hình dạng thấu kính hội tụ hai mặt lồi.

e) Dịch thủy tinh: chất lỏng, lấp đầy nhãn cầu phía sau thể thủy tinh.

f) Màng lưới (võng mạc): lớp mỏng tại đó tập trung đầu các sợi thần kinh thị giác.

Ở màng lưới có một chỗ rất nhỏ màu vàng là nơi cảm nhận ánh sáng nhạy nhất được gọi là điểm vàng V.

- Khi mắt nhìn một vật, ảnh thật của vật được tạo ra ở màng lưới. Năng lượng ánh sáng thu nhận ở đây được chuyển thành tín hiệu thần kinh và truyền tới não, gây ra cảm nhận hình ảnh. Do đó mắt nhình thấy vật.

- Ở màng lưới có một vị trí tại đó, các sợi thần kinh đi vào nhãn cầu. Tại vị trí này, màng lưới không nhạy cảm với ánh sáng. Đó là điểm mù.

Bài 2 trang 203 SGK Vật lí 11: Trình bày các hoạt động và các đặc điểm sau của mắt:

- Điều tiết;

- Điểm cực cận;

- Điểm cực viễn;

- Khoảng nhìn rõ.

Lời giải:

1. Sự điều tiết

Điều tiết là hoạt động của mắt làm thay đổi tiêu cự của 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 thể  thủy tinh phồng lên, giảm bán kính cong, do đó tiêu cự của mắt giảm.

• Khi mắt ở trạng thái không điều tiết, tiêu cự của mắt lớn nhất.
• Khi các cơ mắt bóp tối đa, mắt ở trạng thái điều tiết tối đa và tiêu cự của mắt nhỏ nhất.

2. Điểm cực viễn. Điểm cực cận.Khoảng nhìn rõ

• Khi mắt không điều tiết, điểm trên trục của mắt mà ảnh được tạo ra ngay tại màng lưới gọi là điểm cực viễn Cv (hay viễn điểm) của mắt. Đó cũng là điểm xa nhất mà mắt có thể nhìn rõ. Đối với mắt không có tật, điểm cực viễn ở xa vô cùng (vô cực).
• Khi mắt điều tiết tối đa, điểm trên trục của mắt mà ảnh còn được tạo ra ở ngay tại màng lưới gọi là điểm cực cận Cc (hay cận điểm) của mắt. Đó cũng là điểm gần nhất mà mắt còn nhìn rõ. Càng lớn tuổi điểm cực cận càng lùi ra xa mắt.
• Khoảng cách giữa điểm cực viễn và điểm cực cận gọi là khoảng nhìn rõ của mắt. Các khoảng cách OCv và Đ = OCc từ mắt tới các điểm cực viễn và cực cận cũng thường được gọi tương ứng là khoảng cực viễn, khoảng cực cận.

Bài 3 trang 203 SGK Vật lí 11: Nêu đặc điểm và cách khắc phục đối với:

- Mắt cận;

- Mắt viễn;

- Mắt lão.

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

Lời giải:

1. Mắt cận và cách khắc phục

a) Mắt cận có độ tụ lớn hơn bình thường. Một chùm tia sáng song song truyền đến mắt cận sẽ cho chùm tia ló hội tụ tại một điểm ở trước màng lưới (Hình 31.2)

fmax < OV

• Khoảng cách OCv hữu hạn.
• Điểm Cc gần mắt hơn bình thường.

b) Tật cận thị thường được khắc phục bằng cách đeo kính phân kỳ để làm giảm bớt độ tụ của mắt (Hình 31.3).

Nếu coi như kính đeo sát mắt thì tiêu cự của kính được xác định bởi:

f = -OCv 

2. Mắt viễn và cách khắc phục

a) Mắt viễn có độ tụ nhỏ hơn bình thường. Một chùm tia sáng song song truyền đến mắt viễn sẽ cho chùm tia ló hội tụ tại một điểm sau màng lưới (Hình 31.4)

fmax < OV

• Mắt viễn nhìn vật ở vô cực đã phải điều tiết.
• Điểm Cc xa mắt hơn bình thường.

b) Người viễn thị thường được khắc phục bằng cách đeo kính hội tụ để tăng thêm độ tụ của mắt. Tiêu cự của thấu kính phải có giá trị thích hợp để ảnh ảo của điểm gần nhất mà người viễn thị muốn quan sát được tạo ra tại điểm cực cận của mắt.

3. Mắt lão và cách khắc phục

a) Với hầu hết mọi người, kể từ tuổi trung niên, khả năng điều tiết giảm vì cơ mắt yếu đi và thể thủy tinh trở nên cứng hơn. Hậu quả là điểm cực cận Cc  dời xa mắt. Đó là tật lão thị (mắt lão). Không nên coi mắt lão là mắt viễn. Mắt không tật, mắt cận hay mắt viễn khi lớn tuổi đều có thêm tật lão thị.

b) Để khắc phục tật lão thị, phải đeo kính hội tụ tương tự như người viễn thị.

Đặc biệt, người có mắt cận khi lớn tuổi thường phải:

• Đeo kính phân kỳ để nhìn xa.
• Đeo kính hội tụ để nhìn gần.

Người ta thường thực hiện loại "kính hai tròng" có phần trên phân kỳ và phần dưới hội tụ.

4. Không phải người lớn tuổi thì bị viễn thị vì viễn thị là một tật khúc xạ mắc phải (sự sai lệch về khúc xạ ánh sáng do mất cân bằng về tỉ lệ giữa chiều dài nhãn cầu và thuỷ tinh thể) có thể mắc từ khi còn nhỏ tuổi. Còn lão thị là một hiện tượng gây ra bởi quá trình lão hoá tự nhiên của cơ thể (thường xảy ra ở người trên 40 tuổi), không phải là một tật khúc xạ mà là sự thay đổi sinh lý của mắt khi về già.

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 ${\alpha }_{min}$ khi nhìn đoạn A,B mà mắt còn có thể phân biệt dược hai điểm A, B. Năng suất phân li thay đổi tuy theo từng người nhưng giá trị trung bình là:

$$\epsilon ={\alpha }_{min}\approx 1^{\prime }$$

Bài 5 trang 203 SGK Vật lí 11: Trình bày sự lưu ảnh của mắt và các ứng dụng.

Lời giải:

Hiện tượng lưu ảnh của mắt: Tác động của ánh sáng lên màng lưới còn tồn tại khoảng ${\displaystyle \frac{1}{10}}$ giây sau khi ánh sáng tắt. Hay nói cách khác, trong thời gian ${\displaystyle \frac{1}{10}}$ giây này ta vẫn còn "thấy" vật, mặc dù ảnh của vật không còn được tạo ra ở màng lưới nữa.

Hiện tượng này được ứng dụng trong điện ảnh. Khi chiếu phim, cứ sau 0,033 s hay 0,04 s ta lại chiếu một cảnh. Do hiện tượng lưu ảnh trên màng lưới, nên người xem có cảm giác quá trình diễn ra là liên tục.

Bài 6 trang 203 SGK Vật lí 11: Cấu tạo thu gọn của mắt về phương diện quang 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 bình thường về già;

(2): Mắt cận;                   (3): Mắt viễn.

Mắt loại nào có điểm cực viễn Cv ở vô cực ?

A. (1)                              B. (2)

C. (3)                              D. (1) và (3).

Lời giải:

Đáp án A.

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

Bài 7 trang 203 SGK Vật lí 11: Cấu tạo thu gọn của mắt về phương diện quang 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 bình thường về già;

(2): Mắt cận;                   (3): Mắt viễn.

Mắt loại nào có fmax > OV ?

A. (1)                              B. (2)

C. (3)                              D. Không loại nào.

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về các tật của mắt và cách khắc phục.

Lời giải:

Đáp án C.

Mắt viễn có fmax > OV.

Bài 8 trang 203 SGK Vật lí 11: Cấu tạo thu gọn của mắt về phương diện quang 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 bình thường về già;

(2): Mắt cận;                   (3): Mắt viễn.

Mắt loại nào phải đeo kính hội tụ ?

A. (1)                              B. (2)

C. (3)                              D. (1) và (3).

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về các tật của mắt và cách khắc phục.

Lời giải:

Đáp án D.

Mắt bình thường về già và mắt viễn phải đeo kính hội tụ.

Bài 9 trang 203 SGK Vật lí 11: Mắt của một người có điểm cực viễn Cv cách mắt 50cm.

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 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 sát mắt).

Phương pháp giải:

Lời giải:

a. Ta có OCv = 50cm => mắt người này không thể nhìn rõ những vật ở xa quá 50cm => mắt cận

b. Muốn nhìn thấy vật ở vô cực không điều tiết, người đó phải đeo kính hội tụ có tiêu cự: 

fk = - OCv = - 50cm = - 0,5m

=> Kính có độ tụ: $D={\displaystyle \frac{1}{f_k}=\frac{1}{0,5}=-2\left(dp\right)}$

(hay tiêu cự cho ảnh một vật ở xa vô cùng qua kính là ảnh ảo hiện ở điểm cực viễn).

c. Khi đeo kính, mắt nhìn thấy điểm gần nhất cho ảnh ảo nằm ở Cc.

Ta có  : d’ = -10cm; fk  = – 50cm

Sử dụng công thức thấu kính => mắt nhìn thấy điểm gần nhất cách mắt:

$d={\displaystyle \frac{d^{\prime }{f}_k}{d^{\prime }-f_k}=\frac{\left(-10\right).\left(-50\right)}{-10-\left(-50\right)}=12,5cm}$.

Bài 10 trang 203 SGK Vật lí 11: Một mắt bình thường về già khi điều tiết tối đa thì tăng độ tụ của mắt thêm 1 dp.

a) Xác định điếm cực cận và cực viễn.

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

Phương pháp giải:

Lời giải:

a) Mắt bình thường về già vẫn có điểm cực viễn ở vô cùng (Cv = ∞).

Tiêu cự của thấu kính mắt khi điều tiết tối đa là f = 1/D = 1m. Vậy khoảng cách từ điểm cực cận đến mắt là OCc  = 1m = 100cm.

b) Ta có OCv = ∞ và OCc = 100cm. Khi đeo kính đế nhìn rõ vật cách mắt 25cm mà không điều tiết thì ảnh của vật qua kính phải ở vô cực.

Sơ đồ tạo ảnh: 

$S\stackrel{O_k}{⟶}{S}^{\prime }\left(\mathrm{\infty }\right)$

Trong đó S là vật sáng cần nhìn, Ok là quang tâm của kính.

Gọi d và d’ lần lượt là khoảng cách từ S và S’ đến kính Ok.

Với: d = OkS = OS - OOk = 25 - 2 = 23cm = 0,23m và d’ = -OkS’ = ∞

Suy ra tiêu cự của kính: f = d = 23cm

Đô tụ của kính: $D=\frac{1}{f}=\frac{1}{0,23}=4,35dp$

Lý thuyết Bài 31: Mắt

- Cấu tạo quang học của mắt từ ngoài vào trong gồm các bộ phận chính sau: giác mạc - thủy dịch - lòng đen (con ngươi) - thể thủy tinh - dịch thủy tinh - võng mạc

- Mắt hoạt động như một máy chụp ảnh phim:

+ Thấu kính mắt có vai trò như vật kính

+ Võng mạc đóng vai trò như phim

- Điểm cực viễn của mắt:

+ Điểm $C_V$ xa mắt nhất trên trục của mắt mà mắt còn nhìn rõ vật trong trạng thái không điều tiết. Điều tiết mắt ở trạng thái này còn gọi là điều tiết ở điểm cực viễn.

+ Khoảng cách $O{C}_V$ gọi là khoảng cực viễn của mắt.

- Điểm cực cận của mắt:

+ Điểm $C_C$ gần mắt nhất trên trục của mắt mà mắt còn nhìn rõ vật trong trạng thái điều tiết tối đa. Điều tiết mắt ở trạng thái này còn gọi là điều tiết ở điểm cực cận.

+ Khoảng cách  gọi là khoảng cực cận của mắt.

- Khoảng cách $C_C{C}_V$ gọi là khoảng nhìn rõ của mắt.

- Mắt tốt (mắt không có tật):

+ Khi không điều tiết: $f_{max}=OV;O{C}_V$ vô cùng lớn.

+ Khi điều tiết tối đa: $Đ=OCc$ có giá trị từ $10cm$ đến $20cm$ tùy theo độ tuổi và sức khỏe mỗi người.

+ Khoảng nhìn rõ của mắt: $C_C{C}_V$ vô cùng lớn

Không nên để mắt điều tiết tối đa, nên người ta thường đọc sách hoặc quan sát vật nhỏ ở cách mắt từ Đ = 25cm trở lên cho người mắt tốt

- Góc trông vật:

Vật AB có độ cao AB, vuông góc với trục chính của mắt tại A, cách mắt một đoạn OA.

Mắt nhìn vật AB với góc nhìn $\alpha =\widehat{AOB}$ gọi là góc trông vật AB: $\tan \alpha =\frac{AB}{l}$

- Năng suất phân ly của mắt là góc trông nhỏ nhất $\alpha ={\alpha }_{min}$ khi vật AB nằm trong khoảng thấy rõ của mắt mà mắt còn phân biệt được hai điểm A và B

Sơ đồ tư duy về mắt

Phương pháp giải các dạng bài tập về mắt - Cách khắc phục các tật của mắt

I - MẮT THƯỜNG

- Điểm cực cận $C_C$ cách mắt $25cm=O{C}_C=Đ$ 

- Điểm cực viễn $C_V$ ở vô cùng $O{C}_V=\mathrm{\infty }$

- Khoảng nhìn rõ của mắt: $\left(C_C;C_V\right)$

- Công thức thấu kính mắt:

+ Độ tụ $D=\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{OV}$

+ Khi quan sát ở vô cực (không điều tiết) $d=\mathrm{\infty };D=\frac{1}{OV}$

+ Khi quan sát ở cực cận (điều tiết tối đa)  $d=O{C}_C=Đ;D=\frac{1}{f}=\frac{1}{Đ}+\frac{1}{OV}$

- Khi chuyển trạng thái quan sát vật ở vị trí cách mắt $d_1$ sang trạng thái quan sát vật ở vị trí cách mắt $d_2$ thì độ biến thiên độ tụ của mắt là: $\mathrm{\Delta }D=\frac{1}{d_2}-\frac{1}{d_1}$

- Khi chuyển trạng thái từ không điều tiết sang điều tiết tối đa: $\mathrm{\Delta }D=\frac{1}{O{C}_C}-\frac{1}{O{C}_V}$

- Năng suất phân li của mắt: $\tan \alpha =\frac{AB}{OA}=\frac{AB}{l}$

II - MẮT BỊ TẬT CẬN THỊ

- Đặc điểm: $f_{\text{max}}<OV;O{C}_C<Đ=25cm$ và $O{C}_V$ hữu hạn

- Cách khắc phục:

III - MẮT BỊ TẬT VIỄN THỊ

- Đặc điểm: $O{C}_C>Đ=25cm;f_{\text{max}}>OV$ 

- Cách khắc phục: Đeo kính hội tụ để nhìn gần như mắt thường tức là vật đặt cách mắt 25cm cho ảnh ảo qua kính nằm ở điểm cực cận.

$\begin{array}{l}\{\begin{array}{l}{d}^{\prime }=-O_k{C}_C=-\left(O{C}_C-L\right)\\ d=25cm-L\end{array}\\ D_k=\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d^{\prime }}>0\end{array}$