SGK Vật Lí 11 - Bài 31. Mắt

Lòng đen và con nguôi
Hình 31. Mắt người
Thuỷ dịch
Lòng đen Thể thuỷ tình
Con
ngươi
Dịch thuỷ tinh
Điểm
vàng
Hình 31.2 Cấu tạo của mắt
Mắt là bộ phận thu nhận ánh sáng giúp người nhìn thấy mọi vật xung quanh. Mắt là hệ quang học hết sức phức tạp và tinh vi.
Trong bài học này, ta sẽ tìm hiểu mắt người về phưong diện quang học.
í - 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 ở trong khoảng 1,336 4- 1,437.
Từ ngoài vào trong, mắt có các bộ phận sau (Hình 31.2) :
Màng giác (giác mạc): Lóp 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.
Thuỷ dịch : chất lỏng trong suốt có chiết suất xấp xỉ bằng chiết suất của nước.
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 tuỳ theo cường độ sáng.
Thể thuỷ tinh : khối chất đặc trong suô't (giống như thạch) có hình dạng thấu kính hai mặt lồi.
Dịch thuỷ tinh : chất lỏng giống chất keo loãng, lấp đầy nhãn cầu phía sau thể thuỷ tinh.
Màng lưới (võng mạc): lớp mỏng tại đó tập trung đầu các sợi thần kinh thị giác.
Ớ 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 nhìn thấy vật.
0 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.
Trong Quang học, mắt được biểu diễn bởi sơ đồ tượng trưng như Hình 31.3 gọi là mắt thu gọn, trong đó hệ quang học phức tạp của mắt được coi tương đương với một thấu kính hội tụ. Thấu kính tương đương.này được gọi là thấu kính mắt. Tiêu cự của thấu kính mắt thường được gọi tắt là tiêu cự của mắt.
Tổng quát, mắt hoạt động như một máy ảnh, trong đó :
Thấu kính mắt có vai trò như vật kính ;
Màng lưới có vai trò như phim.
II - Sự ĐIỀU TIẾT CỦA MẮT. ĐIỂM cực VIỄN. ĐIỂM cực CẬN
Khoảng cách từ thấu kính mắt đến màng lưới (điểm vàng) ov có giá trị nhất định d'. Nếu tiêu cự của thấu kính mắt cũng có giá nị nhất định f thì mắt chỉ nhìn thấy vật ở một vị trí nhất định.
Tuy nhiên, ta có thể quan sát được những vật từ rất xa (chẳng hạn một ngôi sao) cho đến những vật rất gần (chẳng hạn một trang sách). Ở lớp 9, chúng ta đã biết điều này được thực hiện bởi sự điều tiết của mắt.
Sự điều tiết
Sơ đồ mắt thu gọn
Bài tập ví dụ 1
Một người có mắt bình thường (không tật) nhìn thấy được các vật ở rất xa mà không phải điều tiết. Khoảng cực cận của người này là OCc = 25 cm.
Độ tụ của mất người này khi điều tiết tối đa tâng thêm bao nhiêu ?
Giải
Ta có các phương trình'tạo ảnh :
1 , X = 1 = n
oc„ + ov	min (1)
Ư Jmax
1 1 1 n
ơc + ov	max
Lấy (2) trừ (1), ta được :
- D-- AD = X	——
max min	ỡCc	0C'
Vì ỠCV -> 00 nên —X = 0.
Vậy : AD = X = —X = 4 dp. OCc 0,25
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 thuỷ 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 tiết tối đa và tiêu cự của mắt nhỏ nhất (/V,).
Tuổi
Khoảng cách 0Cc tù mắt tới điểm cục cận
10
7 cm
20
10 cm
30
14 cm
40
22 cm
50
40 cm
Bảng 31.1
Điểm cực viễn. Điểm cực cận
• 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 (xem Bảng 31.1).
Khoảng cách giữa điểm cực viễn và điểm cực cận gọi là khoáng nhìn rõ của mắt. Các khoảng cách 0CN va Đ - OCc từ mắt tới các điểm cực viễn và cực cận cũng thường được gọi tương úng là khoảng cực viễn, khoảng cực cận. '
- NĂNG SUẤT PHÂN LI CỦA MẮT
Muốn cho mắt nhìn thấy một vật thì ảnh thật của vật tạo bởi mắt phải hiện ra ỏ' màng lưới, nghĩa là vật phải có vị trí ở trong khoảng nhìn rõ của. mắt. Tuy nhiên, trong nhiều trường họp còn có nhu cầu là quan sát được các chi tiết nhỏ của vật, chẳng hạn đọc được chữ của một trang sách báo hoặc nhận ra người quen trong một tấm ảnh nhỏ chụp nhiều người,...
Việc nhìn thấy được một vật nhỏ, AB chẳng hạn, còn tuỳ thuộc vào kích thước ảnh A 'B' của vật đó trên màng lưới. Kích thước này phụ thuộc góc trông vật (Hình 31.4). ĩl
Để mắt có thể phân biệt được hai điểm A và B thì góc trông vật không thể nhỏ hơn một giá trị tối thiểu gọi là năng suất phân li £ của mắt.
Khi đó, ảnh của điểm đầu và điểm cuối của vật được tạo ra ở hai tế bào thần kinh thị giác kế cận nhau. Năng suất phân li thay đổi tuỳ theo từng người, nhưng giá trị trung bình là :
ra Góc trông một'vật là gì và phụ thuộc vào các yếu tố nào ?
- CÁC TẬT CỦA MẮT VÀ CÁCH KHẮC PHỤC
Ta chỉ xét các tật phổ biến nhất là : mắt cận, mắt viễn và mắt lão.
1. Mắt cận và cách khắc phục
Sơ đồ minh hoạ đặc. điểm quang học của mắt cận
a) Mắt cận có độ tụ lớn hơn độ tụ của mắt 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 31.5).
/max < ov
Các hệ quả :
Khoảng cách OCV hữu hạn.
Điểm Cc gần mắt hơn bình thường.
Tật cận thị có thể do bẩm sinh, nhưng cũng có thể do đọc sách hay học bài ở chỗ không đủ độ sáng hoặc đặt sách quá gần mắt một thời gian dài.
Hình 31.6
Sơ đồ minh hoạ cách khắc phục tật cận thị
b) Tật cận thị thường được khắc phục bằng cách đeo kính phân kì có độ tụ thích hợp để có thể nhìn rõ vật ở vô cực mà mắt không phải điều tiết (Hình 31.6).
Nếu coi như kính đeo sát mắt thì tiêu cự của kính được xác định bởi :
2. Mắt viễn và cách khắc phục
Hãy chứng tỏ rằng, hệ ghép (mắt cận + thấu kính phân kì) có độ tụ nhỏ hơn độ tụ của mắt cận.
max
> ov
a) Mắt viễn có độ tụ nhỏ hơn độ tụ của mắt 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 31.7).
Hình 31.7
Sơ đồ minh hoạ đặc điểm quang học của mắt viễn
Các hệ quả :
• Mắt viễn nhìn vật ở vô cực đã phải điều tiết.
Điểm Cc xa mắt hơn bình thường.
b) Người viễn thị điều tiết mắt (giảm tiêu cự) có thể nhìn thấy được các vật ở xa. Tật viễn thị thường được khắc phục bằng cách đeo kính hội tụ để có thể nhìn rõ các vật ở gần mắt như mắt bình thường. 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.
Mắt lão và cách khắc phục
Với hầu hết mọi người, kể từ tuổi trung niên, khả năng điều tiết giảm vì cơ mắt yếu đi và thể thuỷ 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.
Để khắc phục tật lão thị, phải đeo kính hội tụ tương tự như người viễn thị.
Hình 31.10
Đặc biệt, người có mắt cận khi lớn tuổi thường phải: đeo kính phân kì để nhìn xa. đeo kính hội tụ để nhìn gần.
• Người ta thường thực hiện loại “kính hai tròng" có phần trên phân kì và phần dưới hội tụ.
Bài tập ví dụ 2
Một người cận thị lớn tuổi chỉ còn nhìn thấy rõ các vật trong khoảng cách mắt 50 cm 4- 67 cm.
Tính độ tụ của các kính phải đeo để người này có thể :
nhìn xa vô cùng không điều tiết.
đọc được sách khi đặt gần mắt nhất, cách mát 25 cm.
Coi kính đeo sát mắt.
Giai
Đê nhìn xa phải có (Hình 31.8):
„ 2
fị = -OkCv = -67 cm » m
A = V = -1,5 dp /l
Để đọc sách đặt gần mắt nhất, cách mắt 25 cm, phải đeo kính có tiêu cự/, xác định bởi :
1 1 1
„ ~	„ => /-> = 50 cm = 0,50 m
25	50	/2
£>2 = — = 2 dp
/2
- HIỆN TƯỢNG LƯU ẢNH CỦA MẮT
Năm 1829, Pla-tô (Plateau) - nhà vật lí 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 -A) giây đồng hồ sau khi chùm sáng tắt. Trong thời gian
giây này ta vẫn còn “thấy" vật, mặc dù ảnh của
vạt không còn được tạo ra ở màng lưới nữa.
Đó là hiện -tượng lưu ảnh của mắt. Nhờ hiện tượng này mà mắt nhìn thấy các ảnh trên màn ảnh chiếu phim (Hình 31.9), trên màn hình tivi (Hình 31.10),... chuyển động.
cấu tạo của mắt gồm: màng giác, thuỷ dịch, lòng đen và con ngươi, thể thuỷ tinh, dịch thuỳ tinh, màng lưới.
Điều tiết là sự thay đổi tiêu cự của mắt để tạo ảnh của vật luôn hiện ra tại màng lưới. • + Không điéu tiết: fmax + Điều tiết tối đa : fmjn
Điểm cực viễn là điểm trên trục của mắt mà mắt nhìn rõ khi không điểu tiết.
Mắt không tật thì Cv ở vô cực.
Điểm cực cận là điểm trên trục của mắt mà mắt nhìn rõ khi điều tiết tối đa.
Năng suất phân li là góc trông nhỏ nhất £ mà mắt còn phân biệt được hai điểm.
£« 1' (giá trị trung bình)
Các tật của mắt và cách khắc phục:
Hiện tượng lưu ảnh của mắt:
Tác động của ánh sáng lên màng lưới còn tổn tại khoảng --- giây sau khi ánh sáng tắt.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Trình bày cấu tạo của mắt về phương diện quang học.
Trình bày các hoạt động và các đặc điểm sau của mắt:
Điếu tiết;	- Điểm cực viễn ;
Điểm cực cận ;	- Khoảng nhìn rõ.
Nêu các đặc điểm và cách khắc phục đối vói:
Mắt cận ;	- Mắt viễn ;	- Mắt lão.
Có phải người lớn tuổi thì bị viễn thị không ? Giải thích.
Năng suất phân li của mắt là gì ?
Trình bày sụ luu ảnh của mắt và các ứng dụng.
Cấu tạo thu gọn của mắt vé phưong diện quang học được biểu diễn nhu so đổ Hình 31.11:
0: quang tâm của mắt;
V: điểm vàng trên màng lưới.
Hình 31.11
Quy uớc đặt:
©: Mắt bình thường vé già ;
® : Mắt cận ;	©: Mắt viễn.
Hãy chọn đáp án đúng cho các bài tập từ số 6 đến số 8.
Mắt loại nào có điểm cục viễn Cv ở vô cực ?
A. © '	B. © .
c. © .	D. © và ©.
Mắt loại nào có fmax >ov?
A. © .	B. © .
c. © .	D. Không loại nào.
Mắt loại nào phải đeo kính hội tụ ?
A. © .	B. © .
c. © .	D. © và © .
Mắt của một người có điểm cực viễn Cv cách mắt 50 cm.
Mắt người này bị tật gì ?
Muốn nhìn thấy vật ở võ cực không điéu tiết, người đó phải đeo kính có độ tụ bao nhiêu ? (Kính đeo sát mắt).
Điểm Cc cách mắt 10 cm. Khi đeo kính, mắt nhìn thấy điểm gán nhất cách mắt bao nhiêu ? (Kính đeo sát mắt).
Một mắt binh thường về già, khi điều tiết tối đa thì tăng độ tụ của mắt thêm 1 dp.
Xác định điểm cực cận và cục viễn.
Tính độ tụ của thấu kinh phải đeo (cách mắt 2 cm) để mắt nhìn thấy một vật cách mắt 25 cm không điéư tiết.
Em có biết ?
THÍ NGHIỆM ĐƠN GIÁN.VỀ sụ LUU ÁNH CÚA MẮT
Có thế thực hiện một trò chơi đơn giản như sau để chứng tỏ hiện tượng lưu ảnh của mắt.
Dùng bút đen vẽ lên một mặt của tấm bìa hình một cái lồng chim. Dùng bút màu vẽ lên mặt kia một con chim (Hình 31.12). Cho tấm bìa quay nhanh qua lại.
Quan sát tấm bìa. Nhận xét và giái thích hiện tượng.
Hình 31.12