Giáo án Vật lý 11 bài 54: Kính thiên văn

BÀI 54: KÍNH THIÊN VĂN
Mục tiêu.
Về kiến thức.
Nắm được nguyên tắc cấu tạo và công dụng của kính thiên văn khúc xạ và kính thiên văn phản xạ.
Xây dựng được biểu thức độ bội giác của kính thiên văn trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.
Nắm được cấu tạo của kính thiên văn và cách ngắm chừng để quan sát vật qua ảnh.
Về kỹ năng.
Rèn luyện kỹ năng vẽ ảnh của vật qua kính thiên văn.
Vận dụng kiến thức để giải các bài tập có liên quan.
Về thái độ.
Học sinh chú ý nghe giảng, tích cực xây dựng bài.
Trung thực trong tiến hành thí nghiệm.
Chuẩn bị.
Giáo viên.
Một số hành ảnh giới thiệu các loại kính thiên văn.
Một số tài liệu lịch sử ra đời và công dụng của kính thiên văn.
Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ dạy học.
Học sinh.
Ôn tập kiến thức về sự tạo ảnh qua hệ thấu kính và các loại quang cụ đã được học.
Đọc trước bài mới ở nhà.
Định hướng phát triển năng lực.
Tạo khả năng hoạt động nhóm ở học sinh.
Phát triển cho học sinh khả năng tổng hợp phân tích.
Phát triển năng lực tư duy logic, năng lực sang tạo của học sinh.
Tổ chức hoạt động dạy – học.
Hoạt động 1(7 phút): Kiểm tra bài cũ. Đặt vấn đề.
Hoạt động của học sinh
Trợ giúp của giáo viên
Nội dụng
- Công dụng của kính hiển vi là quang cụ bổ trợ cho mắt trong việc quan sát các vật rất nhỏ. Khi ngắm chừng phải thay đổi khoảng cách d1 giữa vật và vật kính bằng cách đưa toàn bộ ống kính lên hay xuống sao cho mắt nhìn thấy ảnh cuối cùng của vật rõ nhất. 
- GV nêu câu hỏi kiểm tra bài cũ:
Em hãy nêu công dụng của kính hiển vi? Khi ngắm chừng phải điều chỉnh kính hiển vi như thế nào?
- GV nhận xét và đặt vấn đề:
 Ở bài học trước chúng ta đã tìm hiểu về kính hiển vi – là quang cụ bổ trợ cho mắt trong việc quan sát các vật rất nhỏ. Vậy, ngược lại, nếu muốn quan sát một vật có kích thước lớn mà ở rất xa chúng ta thì phải làm thế nào? Có loại quang cụ nào giúp chúng ta quan sát được rõ các vật đó hay không? Thì chúng ta cùng tìm hiểu qua bài hôm nay. 
Hoạt động 2(15 phút): Tìm hiểu nguyên tắc cấu tạo của kính thiên văn.
Hoạt động của học sinh
Trợ giúp của giáo viên
Nội dung
- HS tiếp thu vấn đề.
- HS suy nghĩ trả lời câu hỏi: 
 Có thể dung thấu kính hội tụ làm linh kiện quang thứ nhất, vì các vật ở rất xa => Coi chùm tia sang từ vật tới thấu kính 1 là chùm song song nên ảnh của vật qua thấu kính hội tụ thứ nhất sẽ là ảnh thật, ngược chiều và nhỏ hơn vật. Ảnh này sẽ nằm ở tiêu diện ảnh chính của thấu kính.
- Linh kiện quang thứ 2 có thể là thấu kính hội tụ hoặc thấu kính phân kỳ.
+ Với thấu kính hội tụ: Muốn nhìn được ảnh A2B2 dưới góc trông lớn hơn thì A1B1 phải đặt trong khoảng tiêu cự của thấu kính hội thứ 2. Ảnh này là ảnh ảo, lớn hơn và cùng chiều với A1B1.
+ Với thấu kính phân kỳ: Muốn nhìn được A2B2 dưới góc trông lớn thì ảnh A1B1 phải nằm tại tiêu điểm ảnh chính.
- HS lắng nghe và ghi nhớ.
- HS nhận thức vấn đề.
- GV thông báo: 
 Như đã tìm hiểu với kính hiển vi thì ta thấy rằng, muốn làm tăng góc trông thì trước hết phải tạo được một ảnh thật nhờ linh kiện quang thứ nhất sau đó sẽ dung quang cụ 2 để quan sát ảnh đó dưới một góc trông lớn hơn.
 Cùng với nguyên tắc đó, để quan sát được các vật ở rất xa thì chúng ta cũng có thể đưa ra được nhiều mô hình dụng cụ quang có thể đáp ứng được yêu cầu trên. Vậy, chúng ta hãy cùng tìm ra phương án để lấy được ảnh dưới góc trông lớn hơn góc trông trực tiếp vật.
- GV gợi ý:
+ Muốn tạo ra ảnh thật, ở vị trí gần hơn vật thì dụng cụ quang thứ nhất phải là loại quang cụ nào? Khi quan sát ảnh A1B1 của vật AB ở vô cùng qua linh kiện này thì ảnh A1B1 đó phải nằm ở đâu và có tính chất gì?
- Linh kiện quang thứ 2 có thể là loaijquang cụ nào? Khi nhìn ảnh A1B1 qua linh kiện thứ 2 để thấy ảnh cuối cùng dưới góc trông lớn thì A1B1 phải đặt ở vị trí nào?
- GV nhận xét và kết luận:
 Dụng cụ quang có nguyên tắc cấu tạo cũng như chức năng vừa nói ở trên gọi là kính thiên văn.
- Đây là loại quang cụ bổ trợ cho mắt quan sát các vật ở rất xa bằng cách tạo ảnh có góc trông lớn hơn góc trông vật nhiều lần.
- Có nhiều cách để tạo ra được kính thiên văn, trong đó người ta chia làm 2 loại:
+ Nếu ta dung thấu kính để nhận ánh sang từ vật chiếu đến thì đó gọi là kính thiên văn khúc xạ.
+ Nếu dùng gương để nhận ánh sang từ vật chiếu đến thì ta gọi đó là kính thiên văn phản xạ.
 GV cho HS quan sát 2 loại kính thiên văn tương ứng và sự tạo ảnh qua 2 loại kính đó.
 GV thông báo vấn đề nghiên cứu tiếp theo:
 Để biết cấu tạo cụ thể của các loại kính thiên văn này thì chúng ta chuyển sang mục 2.
1. Nguyên tắc cấu tạo của kính thiên văn.
 - Kính thiên văn là quang cụ bổ trợ cho mắt quan sát các vật ở rất xa bằng cách tạo ảnh có góc trông lớn hơn góc trông vật nhiều lần.
- Kính thiên văn khúc xạ là kính thiên văn, trong đó người ta dung thấu kính để nhận ánh sáng từ vật chiếu đến.
- Kính thiên văn phản xạ là kính thiên văn, trong đó người ta dung gương để nhận ánh sang từ vật chiếu đến.
Hoạt động 3(15 phút): Tìm hiểu cấu tạo và cách ngắm chừng của kính thiên văn.
Hoạt động của học sinh
Trợ giúp của giáo viên
Nội dung chính
 HS suy nghĩ trả lời câu hỏi:
 Có 2 bộ phận chính:
+ Vật kính là TKHT có tiêu cự lớn.
+ Thị kính là TKHT có tiêu cự nhỏ.
=> Hai kính được lắp đồng trục ở 2 đầu của một ống hình trụ. Khoảng cách giữa chúng có thể thay đổi được.
 HS suy nghĩ trả lời: 
- Kính hiển vi và kính thiên văn khúc xạ có những điểm giống và khác nhau về cấu tạo:
+ Giống nhau: Đều có 2 bộ phận chính là 2 TKHT ghép đồng trục với nhau.
+ Khác nhau:
Kính hiển vi:
Khoảng cách giữa 2 thấu kính không đổi.
Vật kính có tiêu cự nhỏ, thị kính có tiêu cự lớn.
Kính thiên văn:
Khoảng cách giữa 2 thấu kính có thể thay đổi.
Vật kính có tiêu cự lớn, thị kính có tiêu cự nhỏ.
HS suy nghĩ trả lời: 
+ Muốn quan sát được ảnh của vật thì phải chỉnh kính sao cho ảnh cuối cùng đó rơi vào khoảng nhìn rõ của mắt. Ngắm chừng ở vô cực thì mắt đỡ mỏi nhất. Khi đó phải chỉnh thay đổi khoảng cách O1O2 giữa vật kính và thị kính để sao cho ảnh cuối cùng nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt.
- HS lắng nghe và ghi nhớ.
- HS trả lời: 
 Để ngắm chừng ở vô cực phải chỉnh kính sao cho ảnh tạo bởi vật kính A1B1 nằm ở tiêu điểm vật F2 của thị kính. Khi đó tiêu điểm ảnh F1’ sẽ trùng với tiêu điểm vật F2 của thị kính. Ta có: O1O2 = f1 + f2.
 HS suy nghĩ trả lời câu hỏi C5: 
- Kính hiển vi: phải chỉnh khoảng cách d1 giữa vật và vật kính bằng cách thay đổi toàn bộ ống kính nâng lên hay hạ xuống.
- Kính thiên văn: Chỉnh thị kính để thay đổi khoảng cách giữa O1 và O2. 
 Giải thích sự khác nhau: Nguyên nhân là do đối tượng quan sát của kính thiên văn là các vật ở rất xa. Nếu O1O2 của kính thiên văn mà cố định thì dù có thay đổi cả ống kính lên hay xuống thì cũng không thể quan sát được, khoảng cách đó rất nhỏ so với khoảng cách từ vật đến kính. Do đó, khi chỉnh thị kính thì tức là tiêu cự sẽ thay đổi => d1’ sẽ thay đổi.
 HS suy nghĩ trả lời: Vật kính phải là 1 gương lõm, vì gương lõm có thể tạo được ảnh thật, ngược chiều với vật trên màn chắn trước gương.
HS lắng nghe và nghi nhớ.
HS quan sát và ghi nhớ.
 GV yêu cầu HS đọc SGK và trả lời câu hỏi:
- Nêu các bộ phận chính của kính thiên văn khúc xạ?
 GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi C4:
 GV nhận xét và thông báo vấn đề nghiên cứu tiếp theo.
- Với cấu tạo như vậy thì ta phải ngắm chừng như thế nào?
 GV gợi ý: 
+ Muốn quan sát vật rõ nhất mà mắt đỡ mỏi thì ngắm chừng ở đâu? Khi đó phải chỉnh kính như thế nào?
- GV nhận xét và kết luận:
 + Muốn quan sát được ảnh cuối cùng phải thay đổi khoảng cách O1O2 sao cho ảnh đó nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt.
+ Nếu ngắm chừng để ảnh tại cực cận thì ta gọi là ngắm chừng ở cực cận và nếu ảnh rơi tại cực viễn ta gọi là ngắm chừng ở cực viễn. Và thường ngắm chừng ngắm chừng ở cực viễn là tốt nhất vì khi đó mắt sẽ đỡ mỏi nhât.
GV đặt câu hỏi: 
- Để ngắm chừng ở cực cận phải chỉnh kính như thế nào?
GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi C5: 
GV nhận xét và kết luận:
- Tóm lại, muốn ngắm chừng ta phải dịch chuyển thị kính để thay đổi khoảng cách O1O2 sao cho nhìn thấy ảnh A2B2 nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt.
 GV thông báo vấn đề nghiên cứu tiếp theo: Chúng ta vừa tìm hiểu cấu tạo và cách ngắm chừng của kính thiên văn khúc xạ. Vậy, với kính thiên văn phản xạ thì nó có cấu tạo như thế nào?
 Các em đã biết được kính thiên văn phản xạ: đó là loại kính thiên văn mà trong đó người ta dung gương để nhận ánh sang từ vật chiếu đến.
 Vậy vật kính phải là loại kính gì?
GV nhận xét và giới thiệu về sơ đồ nguyên lý kính thiên văn phản xạ và sự tạo ảnh qua kính.
 Lưu ý: Trong thực tế, ở các kính thiên văn phản xạ, các tia sau khi phản xạ tại gương lõm sẽ đi tới và được phản xạ đổi hướng tại 1 gương khác để đi đến thị kính.
- GV giới thiệu hình vẽ sơ đồ tạo ảnh(Hình 54.5).
- GV giới thiệu cách ngắm chừng ở kính thiên văn khúc xạ.
 GV đặt vấn đề cho phần nghiên cứu tiếp theo: Cũng như kính lúp và kính hiển vi, có đại lượng không thể không nhắc đến khi nghiên cứu các loại kính này, đó là độ bội giác G.
2. Cấu tạo và cách ngắm chừng.
a. Cấu tạo của kính thiên văn khúc xạ.
- Gồm 2 bộ phận chính: vật kính và thị kính.
b. Cách ngắm chừng.
- Muốn quan sát được ảnh A2B2 cần đặt mắt sát sau thị kính và thay đổi khoảng cách O1O2 giữa vật kính và thị kính sao cho ảnh A2B2 nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt.
c. Cách ngắm chừng ở vô cực.
 Ta có: O1O2 = f1 + f2
Hoạt động 4(5 phút): xây dựng công thức tính số bội giác của kính lúp.
Hoạt động của học sinh
Trợ giúp của giáo viên
Nội dung chính
- Chú ý lắng nghe.
HS hoàn thành yêu cầu của giáo viên:
 Ta có: Tanα = A1B1/f2 và tanα0 = A1B1/f1
G = tanα/tanα0 = f1/f2.
 HS chú ý lắng nghe và ghi nhớ.
GV thông báo: Với kính thiên văn thì số bội giác G vẫn được tính là: 
 G = α/α0
 Ở đây α0 là góc trông trực tiếp vật nhưng vật không nằm tại cực cận của mắt nữa(vì vật quá xa nên ta không thể đưa vật về lại gần mắt được). Còn α là góc trong ảnh của vật cuối cùng qua kính.
- Dựa vào hình 54.3, hãy tính G?
 GV nhận xét và kết luận:
 G∞ = f1/f2
 Số bội giác G∞ của kính thiên văn khúc xạ trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực bằng tỉ số của tiêu cự vật kính và tiêu cự của thị kính.
=> Vậy, muốn có G lớn thì vật kính phải có tiêu cự nhỏ và thị kính phải có tiêu cự lớn.
3. Số bội giác của kính thiên văn.
G = α/αo 
Với α là góc trông ảnh của vật qua kinh. αo là góc trông trực tiếp vật.
- Trường hợp ngắm chừng ở vô cực:
 tanα0 = A1B1/f1
 tanα = A1B1/f2
=> G∞ = tanα/tanα0 
 = f1/f2 
Hoạt động 5(5 phút): Củng cố bài học. Giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của học sinh
Trợ giúp của giáo viên
Nội dung chính
- Làm bài tập.
- Tiếp thu và nhận nhiệm vụ. 
- Yêu cầu học sinh làm bài tập SGK.
- Yêu cầu học sinh học bài và làm bài trước khi đến lớp.
- Yêu cầu học sinh đọc bài mới