TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM


Đề Tài:

TÌM HIỂU CÁC LOẠI MÁY KINH VĨ
Luận văn Tốt nghiệp
Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ

Sinh viên thực hiện:

Giáo viên hướng dẫn:

ThS.GVC. Hoàng Xuân Dinh

Võ Thị Tuyết Mai
MSSV: 1070236
Lớp: Sư phạm Vật lý 1 k33

Năm 2011


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

Trước tiên, xin gửi lời biết ơn chân thành nhất đến cha, mẹ và mọi người trong
gia đình đã có công sinh thành và nuôi dạy con đến ngày hôm nay.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy ThS.GVC. Hoàng Xuân Dinh
đã tận tình hướng dẫn, gợi ý và cho những lời khuyên hết sức bổ ích trong việc

nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Xin cảm ơn tất cả các quý thầy, cô thuộc Bộ môn Vật lý- Khoa sư phạm đã
truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức bổ ích trong quá trình theo học tại trường.
Cảm ơn thầy Vương Tấn Sĩ – cố vấn học tập Lớp Sư phạm Vật lý 1 K33 đã
luôn quan tâm, động viên và tạo điều kiện tốt cho tôi trong suốt quá trình học tập tại
trường cũng như trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn tất cả các bạn Lớp Sư phạm vật lý K33, và mọi thành viên phòng
8B21 Ký túc xá, đã luôn cổ vũ, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.
Xin kính chúc ba mẹ, quý thầy cô, các anh chị dồi dào sức khỏe! Chúc tất cả
các bạn Lớp Sư phạm Vật lý K33 báo cáo luận văn thành công tốt đẹp.

Tp. Cần Thơ, ngày tháng

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV: 1070236

năm 2011

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2010

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký tên)

Ths.GVC. Hoàng Xuân Dinh

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh


MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU......................................................................................................... 6
1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................... 6
2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................ 7
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 7
4. Nhiệm vụ nghiên cứu .............................................................................................. 7
5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 8
6. Phương tiện nghiên cứu .......................................................................................... 8
7. Các bước thực hiện đề tài ....................................................................................... 8
TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................................................................................. 9
PHẦN NỘI DUNG .................................................................................................... 10
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ QUANG HỌC ........................................................................ 10
1.1. Các hiện tượng truyền sáng ............................................................................. 10
1.1.1. Khái niện nguồn sáng và vật được chiếu sáng ........................................... 10
1.1.2. Định luật truyền thẳng của ánh sáng.......................................................... 10
1.1.3. Định luật phản xạ của ánh sáng ................................................................. 12
1.1.4. Định luật khúc xạ ánh sáng ....................................................................... 14
1.1.5. Hiện tượng phản xạ toàn phần ................................................................... 16
1.2. Khái quát về thủy tinh quang học ..................................................................... 17
1.2.1. Lịch sử ...................................................................................................... 17
1.2.2. Chiết suất .................................................................................................. 19
1.2.3. Độ tán sắc cơ bản nF-n C............................................................................. 20
SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 3



Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

1.2.4. Chỉ số tán sắc ............................................................................................ 20
1.2.5. Chỉ số tán sắc thành phần .......................................................................... 21
1.2.6. Tinh thể .................................................................................................... 22
1.2.7. Thủy tinh hữu cơ....................................................................................... 23
CHƯƠNG 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG CỤ.......................................................... 24
2.1. Phân loại ............................................................................................................. 24
2.2. Các đại lượng đặc trưng của quang cụ ............................................................. 24
2.2.1. Độ phóng đại ............................................................................................ 24
2.2.2. Cường số .................................................................................................. 24
2.2.3. Số bội giác ................................................................................................ 24
2.2.4. Chắn sáng khẩu độ và con ngươi............................................................... 25
2.2.5. Độ sáng của quang cụ ............................................................................... 26
2.2.6. Chắn sáng thị trường và cửa sổ ................................................................. 28
CHƯƠNG 3: CÁC LOẠI MÁY KINH VĨ............................................................... 30
3.1. Máy kinh vĩ ......................................................................................................... 30
3.1.1. Lịch sử của máy kinh vĩ ............................................................................ 30
3.1.2. Định nghĩa ................................................................................................ 31
3.1.3. Phân loại ................................................................................................... 32
3.1.4. Cấu tạo chung ........................................................................................... 33
3.2. Một số loại máy kinh vĩ thông thường............................................................... 34
3.2.1. Máy kinh vĩ quang học ............................................................................. 34
3.2.2. Máy kinh vĩ điên tử ................................................................................... 46
CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN MÁY KINH VĨ .................................... 60
4.1. Sử dụng .............................................................................................................. 60

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

4.1.1. Thao tác khi sử dụng máy ......................................................................... 60
4.1.2. Kiểm nghiệm máy..................................................................................... 63
4.2. Bảo quản máy ..................................................................................................... 66
PHẦN KẾT LUẬN ................................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 71

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

Phần MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Cách đây 800 năm loài người đã biết mài các loại đá thiên nhiên trong suốt như
tô-pa-dơ, tuốc-ma-lin… thành những kính đeo mắt, kính lúp. Đến 500 năm sau đó, tổ tiên
ta đã biết ghép các chi tiết kính đó lại với nhau thành một hệ thống kính và chiếc ống
kính quang học đầu tiên ra đời.
Năm 1610 Ga-li-lê đã hướng ống kính thiên văn của mình lên bầu trời, với tỷ số
phóng đại vật thể 30 lần và ông đã phát hiện nhiều điều kỳ lạ mà trước đó con người chưa
biết tới hoặc đã hiểu sai lệch, sau đó là sự ra đời của một số loại kính thiên văn, cấu tạo
theo nguyên lý mới tốt hơn, độ phóng đại không ngừng được nâng lên, sự ra đời của kính
thiên văn có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với ngành thiên văn học. Đến giữa thế kỷ
XVII chiếc kính hiển vi đầu tiên của loài người cũng ra đời, tiếp theo đó là sự ra đời của
hàng loạt các dụng cụ quang học, để đáp ứng cho các nhu cầu trong cuộc sống hằng ngày,
cũng như trong công việc nghiên cứu khoa học, kỹ thuật, quân sự, trong sản xuất. . . .
Quen thuộc với đời sống hằng ngày là chiếc gương, chiếc kính đeo mắt, máy ảnh,
máy chiếu phim, ống nhòm… đã trở thành một phần trong đời sống ngày nay, nó giúp
chúng ta ghi lại những hình ảnh, ngoài ra còn giúp ích rất nhiều cho những nhà khoa học,
kỹ thuật, dùng chụp thu nhỏ tài liệu, hình vẽ. Máy ảnh, máy quay phim, còn được
“phái đi” những nơi con người không đến được hoặc chưa đến được ở dưới đáy biển sâu,
trong vũ trụ, trên các hành tinh, hoặc bên trong những cơ thể sống.
Trong các phòng thí nghiệm, các viện nghiên cứu khoa học, kỹ thuật, trong các nhà
máy công nghiệp, cũng như mọi ngành sản xuất khác, không thể không sử dụng ít nhiều
một dụng cụ quang học, các dụng cụ quang học đã giúp cho con người biết bao thuận lợi
để làm chủ thiên nhiên, làm chủ cuộc sống.
Qua đó ta thấy được tầm quan trọng của các dụng cụ quang học, khi khoa học, kỹ
thuật, ngày càng phát triển thì cũng đòi hỏi sự phát triển mạnh mẽ của các loại dụng cụ
quang học.
Chính vì vậy việc nghiên cứu, tìm hiểu về các loại dụng cụ quang học trở nên hấp
dẫn và phong phú. Trong những năm gần đây ở nước ta quá trình đô thị hóa,

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai


MSSV:1070236

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

công nghiệp hóa, hiện đại hóa diễn ra hết sức nhanh chóng trên mọi vùng miền,
các công trình dân dụng, công nghiệp được xây dựng ngày càng nhiều. Những công
trình này có quy mô phức tạp đòi hỏi những yêu cầu nghiêm ngặt trong xây dựng và
khai thác sử dụng, để đáp ứng được yêu cầu của những công trình trên thì công tác đo
đạc đóng vài quan trọng ngay từ giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công cho đến khi công
trình bắt đầu đi vào sử dụng. Và để đạt được mục đích trên với độ chính xác cao, rút
ngắn thời gian hoàn thành công việc chúng ta không thể không “nhờ” đến sự trợ giúp
đắc lực của các dụng cụ quang học mà người ta gọi là máy trắc địa trong đó có một loại
máy gọi là

“Máy kinh vĩ”.

Máy kinh vĩ không những phục vụ đắc lực trong ngành xây dựng, mà còn phục vụ
trong quân sự, làm máy chuẩn để điều chỉnh các loại máy khác. Đó là lý do mà tôi chọn
đề tài “ Tìm hiểu về các loại máy kinh vĩ ” để làm đề tài nghiên cứu.
2. Mục đích nghiên cứu
Việc nghiên cứu đề tài này nhằm tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, công dụng
của máy kinh vĩ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Các loại máy kinh vĩ.
- Do thời gian thực hiện đề tài ngắn, việc tìm kiếm các máy kinh vĩ để đo đạc lấy số

liệu ngoài thực tế gặp nhiều khó khăn, nên đề tài này chỉ thực hiện trên cơ sở tổng hợp,
hệ thống và nghiên cứu về lý thuyết của các máy.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu đề tài tôi luôn có ý thức thực hiện một cách nghiêm túc,
vì vậy tôi đã đề ra nhiệm vụ phải đạt được khi thực hiện đề tài:
- Thứ nhất: Hiểu được tầm quan trọng của các dụng cụ quang học, trong đời sống
hằng ngày, trong nghiên cứu khoa học và trong kỹ thuật, trang bị đầy đủ kiên thức quang
học, các định luật, hiện tượng,…
SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

- Thứ hai: Biết được máy kinh vĩ được phân loại, cấu tạo như thế nào? Công dụng
và hoạt động của từng bộ phận.
- Thứ ba: Sử dụng được máy kinh vĩ
5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: quá trình nghiên cứu đòi hỏi phải sưu tầm nhiều tài liệu liên
quan, đọc tài liệu, phân tích tổng hợp lý thuyết từ đó viết nên cơ sở lý thuyết của đề tài.
- Nghiên cứu thực tiễn: đây là quá trình tìm kiếm, liên hệ để được quan sát trực tiếp
các máy ngoài thực tế.
- Ngoài ra còn sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích,
tổng hợp,…
6. Phương tiện nghiên cứu

- Sử dụng tài liệu sách tham khảo, sách giáo khoa, internet, báo chí,…có liên quan
đến dụng cụ quang học và máy kinh vĩ.
- Sử dụng các phương tiện hiện đại chủ yếu là máy tính để hỗ trợ nghiên cứu và
trình bày đề tài.
7. Các bước thực hiện đề tài
- Nhận đề tài.
- Thu thập các tài liệu có liên quan.
- Nghiên cứu tài liệu, viết đề cương chi tiết.
- Tổng hợp lý thuyết viết thành luận văn và trao đổi với giáo viên hướng dẫn.
- Chỉnh sửa hoàn thành luận văn và báo cáo.

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 8


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Từ thời xưa, các dụng cụ quang học đã được sử dụng rộng rải trong đời sống và
trong nghiên cứu khoa học. Ngày nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển thì các
dụng cụ quang học cũng ngày được cải tiến để phục vụ cho sự phát triển của các ngành
khoa học nói chung, của ngành xây dựng nói riêng. Với tinh thần đó tôi muốn tìm hiểu về
các dụng cụ quang học được sử dụng trong ngành xây dựng, đặc biệt là tìm hiểu kỹ về
máy kinh vĩ. Nên tôi đã chọn đề tài “Tìm hiểu các loại máy kinh vĩ” đề làm đề tài nghiên
cứu, với mục đích tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và cách sử dụng máy kinh vĩ.

Đề tài nghiên cứu gồm các nội dung chính sau đây:
Thứ nhất, nghiên cứu về cơ sở quang học, các khái niệm, định luật được ứng dụng
trong các dụng cụ quang học (Khái niệm nguồn sáng và vật được chiếu sáng, định luật
truyền thẳng của ánh sáng, định luật phản xạ của ánh sáng,…). Ngoài ra, còn nêu sơ lược
về các tính chất và đặc điểm cơ bản của thủy tinh quang học ( lịch sử, chiết suất, chỉ số
tán sắc,…)
Thứ hai, nghiên cứu đại cương về quang cụ, ở phần này tôi nêu tổng quát về các đại
lượng đặt trưng của một dụng cụ quang học như: Độ phóng đại, cường số, số bội giác,
chắn sáng khẩu độ và con ngươi, độ sáng của quang cụ, chắn sáng thị trường và cửa sổ.
Thứ ba, nghiên cứu về các loại máy kinh vĩ, ở nội dung này tôi đi sâu nghiên cứu về
phân loại, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và cách sử dụng các loại máy kinh vĩ (máy kinh
vĩ quang học và máy kinh vĩ điện tử).
Thứ tư, nghiên cứu cách sử dụng và bảo quản máy kinh vĩ, ở phần này tôi nêu cách
sử dụng máy và một số biện pháp bảo quản máy kinh vĩ để máy hoạt động tốt và tăng
tuổi thọ cho máy.
Trong quá trình nghiên cứu đề tài tôi đã gặt hái được nhiều kiến thức bổ ích, biết
được khái quát về thủy tinh quang học, các tính chất vật lí được ứng dụng trong dụng cụ
quang học, lịch sử, phân loại, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, cách sử dụng và bảo quản
máy kinh vĩ. Đề tài này có thể hỗ trở cho các bạn nắm một cách khái quát về cấu tạo,
phân loại và cách sử dụng máy kinh vĩ.

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 9


Luận văn tốt nghiệp


GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

Phần NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ QUANG HỌC
1.1. Các hiện tượng truyền ánh sáng
Bằng thực nghiệm, quang học nghiên cứu những hiện tượng của ánh sáng rồi từ đó
rút ra các định luật quang học để nghiên cứu sâu bản chất vật lí học, và những bản chất
của ánh sáng.
1.1.1. Khái niệm nguồn sáng và vật được chiếu sáng
a) Nguồn sáng
Những vật tự nó phát ra ánh sáng như mặt trời, bóng đèn, ngọn nến đang cháy, vv…
được gọi là nguồn sáng.
b)Vật được chiếu sáng
Những vật không tự phát ra ánh sáng như sách, bàn, tủ, vv… mà ta vẫn nhìn thấy
được vì những vật này hắt lại một phần ánh sáng đã nhận được từ nguồn sáng vào mắt ta.
Những vật đó là những vật được chiếu sáng.
c) Vật chắn sáng, vật trong suốt, trong mờ
- Vật chắn sáng là những vật mà không cho ánh sáng đi qua nó như gỗ, đất.
- Vật trong suốt là vật mà ánh sáng xuyên qua được như thủy tinh, nước, không khí.
- Vật trong mờ là vật chỉ cho một phần ánh sáng đi qua như: nhựa trong, kính mờ,
giấy mờ.
1.1.2. Định luật truyền thẳng của ánh sáng
a )Tia sáng và chùm sáng
- Một điểm sáng truyền ánh sáng đi mọi hướng trong không gian, nên bất kỳ đường
thẳng nào kể từ điểm đó cũng biểu diễn một tia sáng, nó biểu diễn cụ thể hướng truyền
của ánh sáng.
SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236


Trang 10


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

- Chùm sáng gồm nhiều tia sáng. Có ba loại chum sáng: chùm phân kỳ, chùm hội tụ
và chùm song song.
+ Chùm phân kỳ: là chùm mà đường kéo dài của các tia sáng theo chiều ngược
chiều truyền của ánh sáng đồng quy tại một điểm.

Hình 1.1. Chùm tia phân kỳ.

+ Chùm sáng hội tụ: là chùm sáng mà theo chiều truyền ánh sáng các tia sáng hội tụ
hoặc có đường kéo dài hội tụ tại một điểm.

Hình 1.2. Chùm tia hội tụ.

+ Chùm tia song song: là chùm tia là các tia sáng song song với nhau.

Hình 1.3. Chùm tia song song.

b) Định luật truyền thẳng của ánh sáng
Thí nghiệm: dùng 3 tờ bìa có khoét lỗ nhỏ, đặt giữa mắt ta và ngọn nến ta chỉ nhìn
thấy ngọn nến khi 3 lỗ nằm trên đường thẳng từ nguồn tới mắt.

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236


Trang 11


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

Hình 1.4. Thí nghiệm về hiện tượng truyền thẳng của ánh sáng.

Làm thí nghiệm trên theo các hướng khác nhau và nhiều thí dụ trong đời sống hằng
ngày cũng có kết quả tương tự từ đó ta rút ra được định luật truyền thẳng ánh sáng.
Phát biểu:
Trong môi trường trong suốt, đồng tính và đẳng hướng, ánh sáng truyền theo
đường thẳng.
1.1.3. Định luật phản xạ của ánh sáng
a) Hiện tượng
Khi chiếu một chùm sáng song song vào mặt nước trong một chậu thủy tinh ta nhận
thấy chùm sáng chiếu vào (hay gọi là chùm sáng tới) bị chia làm hai phần:

Không khí
Nước

Hình 1.5. Hiện tượng phản xạ ánh sáng

- Một phần gặp mặt nước rồi trở lại không khí gọi là chùm sáng phản xạ.
SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236


Trang 12


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

- Một phần đi qua mặt nước và truyền đi trong nước theo một phương khác gọi là
chùm sáng khúc xạ.
- Đồng thời nếu ánh sáng truyền qua mặt nước trong khoảng thời gian t đủ lớn ta
nhận thấy nước nóng lên, như vậy một phần ánh sáng bị hấp thụ.
Tóm lại: khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác, thì một phần phản
xạ, một phận khúc xạ và một phần bị hấp thụ.
b) Định luật
Thí nghiệm:
Giả sử S là nguồn sáng có kích thước khá nhỏ so với khoảng cách từ S đến vật được
rọi sáng M, coi M là một mặt kim loại phẳng, bóng.
S
N
R

i

i’
M
I

Hình 1.6. Thí nghiệm hiện tượng phản xạ ánh sáng

Tia sáng SI gặp M ở điểm I, ta gọi I là điểm tới, ta thấy khi tới mặt M tia sáng bị đổi

hướng theo phương IR, khi ta tăng hoặc giảm góc tới i thì i’ cũng thay đổi theo, và độ lớn
của chúng luôn bằng nhau, ta gọi hiện tượng này là sự phản xạ ánh sáng.
Hiện tượng phản xạ tuân theo:
- Tia phản xạ IR, tia tới SI và pháp tuyến IN của mặt phản xạ, nằm cùng trong một
mặt phẳng.
- Góc phản xạ i’, tức là góc giữa pháp tuyến IN và tia phản xạ IR, bằng góc tới I tức
là góc giữa IN và tia tới SI:

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

= ̂

MSSV:1070236

Trang 13


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

- Mặt phẳng chứa tia tới và đường pháp tuyến gọi là mặt phẳng tới.
Phát biểu định luật.
Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới, tia phản xạ và tia tới ở hai bên đường pháp
tuyến. Góc tới và góc phản xạ bằng nhau.
Chú ý: Nếu cho tia tới đi theo hướng S1I thì tia phản xạ tương ứng sẽ theo hướng SI
theo đúng định luật trên. Đó là nguyên lý thuận nghịch của sự truyền ánh sáng ( phản hồi
ánh sáng).
1.1.4. Định luật khúc xạ của ánh sáng
a) Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Khi một tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt
khác, bắt đầu từ mặt phân cách nó bị đổi phương và tiếp tục truyền trong môi trường thứ
hai, hiện tượng này gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
S

N

i
I

P

r

N’

R

Hình 1.7. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng đột ngột đổi phương khi truyền
từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 14



Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

b) Định luật
Thí nghiệm:
Chiếu một chùm tia sáng nhỏ vào một khối thủy tinh hình trụ đặt ở tâm bàn tròn
chia độ. Ta thấy bắt đầu từ mặt phân cách giữa thủy tinh và không khí chùm tia SI chia
làm hai chùm: một chùm phản xạ IS1 trở lại không khí và một chùm IS2 truyền vào thủy
tinh gọi là chùm tia khúc xạ.
0
S

S1
N


I

900

90

0

S2

Hình 1.8. Thí nghiệm định luật khúc xạ ánh sáng

Tia khúc xạ IS2 ở cùng một phía của đường pháp tuyến IN với IS1. Góc SIN giữa tia

tới và pháp tuyến IN gọi là góc tới, ký hiệu là . Góc tới S2IO giữa tia khúc xạ và NI kéo
dài gọi là góc khúc xạ, ký hiệu . Nếu chiếu tia tới đi là là trên bàn mặt tròn thì tia khúc
xạ cũng đi là là trên mặt bàn đó. Vậy: tia khúc xạ cũng ở trong mặt phẳng chứa tia tới và
pháp tuyến (gọi là mặt phẳng tới).
Phát biểu:
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
- Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, khi góc tới và góc khúc xạ thay đổi,
tỷ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một đại lượng không đổi, tỷ số đó gọi là chiết
suất của môi trường thứ hai đối với môi trường thứ nhất.
- Công thức tính chiết suất: Sin   n
Sin 

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 15


Luận văn tốt nghiệp
Trong đó: 

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

là góc tới.



là góc khúc xạ.


 n là chiết suất.
1.1.5. Hiện tượng phản xạ toàn phần
- Thí nghiệm: Giả sử cho chùm tia sáng hẹp từ trong nước tới gặp mặt phân cách
MN giữa nước và không khí như hình 1.9:

M
N

Hình 1.9. Thí nghiệm phản xạ toàn phần

Ta thấy một tia sáng đi từ nước vào không khí không phải lúc nào cũng ra được
không khí. Giả sử tia sáng đi tới mặt nước với góc được nhìn thấy như hình 1.10:

Hình 1.10. Thí nghiệm phản xạ toàn phần

Ta thấy các tia sáng khi đến gần mặt phân cách ở các góc khác nhau. Vì các tia đi từ
môi trường có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn, nên mỗi tia đều
SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 16


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

bị bẻ gấp ra xa đường pháp tuyến. Góc tới ứng với góc khúc xạ bằng 90 0 được gọi là góc
tới hạn ic . Giả sử


n2 < n1 khi đó theo định luật Snell ta được:
=
Hay:

90 =

=

Nếu các tia đi tới mặt phân cách từ phía có chiết suất lớn hơn với góc tới nhỏ hơn
góc tới hạn thì một phần bị phản xạ và một phần bị khúc xạ, lúc này có cả tia phản xạ và
tia khúc xạ.
Như vậy, ta thấy các tia đi tới mặt phân cách từ phía có chiết suất lớn hơn, với góc
tới lớn hơn góc tới hạn sẽ bị phản xạ hoàn toàn. Không tồn tại một tia khúc xạ nào trong
trường hợp này. Hiện tượng này được gọi là sự phản xạ toàn phần. Chú ý rằng không có
một góc tới hạn nào đối với ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn sang môi
trường có chiết suất lớn hơn. Trong trường hợp ấy luôn luôn có chùm khúc xạ.
Tóm lại, ở khoảng gặp nhau giữa chùm tia tới và mặt phân cách, một phần chùm tia
phản xạ trong nước một phần truyền ra không khí (khúc xạ). Làm tăng dần góc tới, góc
khúc xạ cũng tăng theo. Khi góc tới đạt đến một giá trị ic nào đó, chùm khúc xạ là là mặt
nước. Nếu làm tăng góc tới lên nữa, hiện tượng khúc xạ mất, toàn thể chùm tia tới phản
xạ trở lại hoàn toàn trong nước. Hiện tượng đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.
- Góc

ứng với lúc bắt đầu xảy ra hiện tượng khúc xạ gọi là góc giới hạn.

- Khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang một môi trường khác có chiết quang
kém hơn, thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi góc tới lớn hơn góc giới hạn.
1.2. Khái quát về thủy tinh quang học
1.2.1. Lịch sử

Từ những năm 1600 con người đã khám phá ra thủy tinh quang học, thủy tinh
quang học thường được dùng chủ yếu trong các bộ phận như: thấu kính, lăng kính, trong
các ứng dụng tạo hình ảnh, máy chiếu kỹ thuật số, truyền thông, truyền dẫn quang học và
kỹ thuật laze. Thủy tinh quang học ban đầu được dùng để tạo ra ống kính và được sử
SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 17


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

dụng trong các kính hiển vi đơn giản, và người ta cho rằng thủy tinh không thể tái tạo,
không biết được thành phần cấu tạo và tính chất của thủy tinh có liên quan với nhau, cho
nên chất lượng của thủy tinh chưa phải là rất tốt, do sự phát triển mạnh mẽ của các dụng
cụ quang học đòi hỏi chất lượng của thủy tinh quang học cần phải được nâng cao lên, nên
cần phải tạo ra nhiều loại thủy tinh có tính chất và thành phần hóa học khác nhau.
Hiện nay, có khoảng 115 loại thủy tinh, được phân thành các nhóm dựa trên thành
phần hóa học, và công dụng của nó. Thủy tinh quang học phát triển đã hộ trở những ứng
dụng xuất sắc của nó trong nghiên cứu khoa học (chế tạo các dụng cụ như: kính hiễn vi,
các dụng cụ đo đạc…), và trong đời sống của con người (chế tạo các máy kỹ thuật số,
máy quay phim, ống nhòm, máy chiếu kỹ thuật số,...).
Sơ đồ mạng thủy tinh tự nhiên:

Hình 1.11. Mạng thủy tinh tự nhiên

Mô hình cấu trúc của thủy tinh:


Hình 1.12. Cấu trúc thủy tinh

Một số chỉ tiêu quan trọng của thủy tinh là: chiết suất, độ tán sắc cơ bản nF –n C, chỉ
số tán sắc, chỉ số tán sắc thành phần tương đối ϑ, thủy tinh hữu cơ.
SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 18


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

1.2.2. Chiết suất
Chiết suất của thủy tinh quang học phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng
). Trong miền ánh sáng trắng ( = 380 ÷ 800

(ký hiệu

) chiết suất của thủy tinh quang học

giảm khi bước sóng ánh sáng tăng lên. Chiết suất thủy tinh quang học nằm trong khoảng
1,4÷ 2.
Quan hệ giữa chiết suất ( ) và bước sóng ánh sáng được thể hiện qua một số công
thức thực nghiệm:
=


+

=

+

=

+

+

+

+

+

…
(1.1)

Hoặc theo công thức của Hartmann:
Trong đó A1…A5, A0, A, B, E và

=

=

(


)

là các chỉ số phụ thuộc vào các loại thủy tinh

quang học và được xác định bằng thực nghiệm.
Chiết suất thủy tinh quang học được quy định theo một số bước sóng quang phổ
vạch của các nguyên tử bức xạ, được thể hiện ở bảng sau.
Màu

Đỏ

Đỏ

vàng

Xanh lơ

Xanh

Xanh thẩm

Tím

K

H

He

Hg


H

Hg

Hg

 (nm)

768,2

656,3

587,6

546,1

486,1

435,8

404,7

Ký hiệu

A’

C

d


e

F

g

h

Chiết suất

n A'

nC

nd

ne

nF

ng

nh

Nguyên tố

Bảng1. Ký hiệu chiết suất của thủy tinh quang học ứng với một số tia sáng chuẩn.

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai


MSSV:1070236

Trang 19


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

1.2.3. Độ tán sắc cơ bản nF –nC
Độ tán sắc cơ bản được quy định theo hiệu số giữa chiết suất của thủy tinh ứng với
hai tia cơ bản

và

.

Thủy tinh quang học có độ tán sắc cơ bản dương vì nF > nC.
Thủy tinh kron có nF – nC vào khoảng 0,0065 0,013.
Thủy tinh flin có nF – n C vào khoảng 0,009 0,044.
Các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của độ tán sắc cơ bản thuộc loại thủy tinh đặc biệt.
1.2.4. Chỉ số tán sắc
Chỉ số tán sắc hay còn gọi chỉ số Abbe kí hiệu là vd thể hiện mức độ tán sắc ánh
sáng khác nhau của các loại thủy tinh quang học:
=

−1
−


Thủy tinh quang học có chỉ số Abbe: 20< vd<100.
Thủy tinh quang học được chia làm hai loại chính : kron và flin.
Thủy tinh flin có vd<50.
Chỉ số Abbe càng lớn thì độ tán sắc càng yếu. Chỉ số Abbe của thủy tinh quang học
nằm trong khoảng 20 100. Chỉ số Abbe của thủy tinh thông dụng 30 60.
Từ hai loại chính, thủy tinh quang học được chia thành gần 200 loại khác nhau.
1.2.5. Chỉ số tán sắc thành phần tương đối
Khi tính thiết kế hệ quang (các hệ phải được chữa sai sắc) ta cần biết chỉ số tán sắc
thành phần của các loại thủy tinh.
SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 20


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

Chỉ số này được quy định theo:

,
=

−
−

=


−
−

Quan hệ giữa chỉ số Abbe và độ tán sắc thành phần tương đối được xác định theo
hàm số thực nghiệm:
= 1,648 − 0,00175
Thủy tinh quang học cũng được quy định chặt chẽ về độ bọt, rỗ, ứng suất, giãn nở
nhiệt, về chống ăn mòn hóa học, về tán màu, về phân cực về truyền qua và hấp thụ ánh
sáng.
Loại TT

Mã số

nF

nd

nC

vd

BK7

517642

1,52283

1,51872

1,51472


63,96

K5

522595

1,52910

1,52458

1,52024

59,22

ZKN7

508612

1,51470

1,51045

1,50633

60,98

BaK4

569561


1,57648

1,57125

1,56625

55,85

SK 15

623581

1,63108

1,62555

1,62025

57,79

SK16

620603

1,62814

1,62286

1,61777


60,08

F2

620364

1,63310

1,62408

1,61582

36,11

SF 2

648339

1,66238

1,65222

1,64297

33,60

SF 6

805254


1,82970

1,81265

1,79750

25,24

SF 10

728284

1,74805

1,73430

1,72200

28,19

Bảng 2. Một số loại thủy tinh quang học

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 21



Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

1.2.6. Tinh thể
Các chi tiết quang còn được chế tạo từ tinh thể tự nhiên hoặc tinh thể nhân tạo,
chúng được sử dụng rộng rãi trong các dụng cụ quang ở miền hồng ngoại và miền tử
ngoại. Ở các miền này hệ số cho qua lớn hơn ở miền ánh sáng khả kiến. Các tinh thể
nhân tạo ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn.

Bảng 3. Một số tinh thể được sử dụng để chế tạo các chi tiết quang

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 22


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

1.2.7. Thủy tinh hữu cơ
Một số loại thủy tinh hữu cơ cũng được sử dụng chế tạo các chi tiết quang học.
Trước hết phải kể đến polystirol (chiết suất nd=1,590, chỉ số Abbe vd=30,8) có tính
chất tương tự như flin.
Thủy tinh poly methyl methacrylat (chiết suất n d=1,491, chỉ số Abbe vd=57,2) viết
tắt là PMMA hay plexiglas có tính chất như thủy tinh kron.
Hai loại polystirol và PMMA được sử dụng nhiều để chế tạo ống kính tạo ảnh allyldiglycol carbonat- CR-39 (chiết suất n d=1,499, chỉ số Abbe vd=57,8) cứng hơn hai loại

trên. Chúng được sử dụng đúc ép kính mắt các loại nhiều hơn so với duroplast.
Poly carbonat (chiết suất nd=1,585, chỉ số Abbe vd=30,0) chịu nhiệt tốt hơn là
polystirol.
Nhờ độ chênh lệch cao về chiết suất và độ tán, nên thủy tinh hữu cơ cùng được sử
dụng để lập hệ quang có chất lượng cao. Trong số đó thì PMMA được dùng rộng rãi nhất.
Các chi tiết quang với hình dạng phức tạp (các thấu kính Fresnel, các thấu kính mặt
parabol, hyperbol… lăng kính tổ hợp) được đúc ép bằng thủy tinh hữu cơ không phải qua
nguyên công mài đánh bóng lần cuối nên đã giảm giá thành các hệ quang một cách đáng
kể.
Do trọng lượng nhỏ và ít vỡ nên thủy tinh hữu cơ được sử dụng nhiều trong ngành
kính mắt.
Ngày nay, các chi tiết quang bằng thủy tinh hữu cơ đang dần dần thay thế thủy tinh
quang học của các hệ quang không phức tạp như: kính lúp, ống nhòm, máy ảnh, vật kính
và thị kính đơn giản.
Tuy vậy, việc sử dụng thủy tinh hữu cơ vẫn còn hạn chế để tạo các hệ quang chính
xác có chất lượng tạo ảnh tốt bởi chúng có độ cứng kém và có hệ số giản nở nhiệt cao.
SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 23


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh
CHƯƠNG 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG CỤ

2.1. Phân loại
- Dụng cụ dùng để quan sát, phân tích.

- Dụng cụ dùng để đo đạc.
2.2. Các đại lượng đặc trưng của quang cụ
2.2.1. Độ phóng đại
Độ phóng đại là tỷ số giữa độ dài của ảnh và của vật. Nếu ảnh cùng chiều vật, thì độ
phóng đại là số dương, ngược lại nếu ảnh và vật ngược chiều thì độ phóng đại là số âm.
Độ phóng đại đặc biệt được quan tâm trong các quang cụ chiếu.
2.2.2. Cường số
Giữa hai quang cụ dùng để quan sát một vật, cái nào cho ta nhìn được ảnh của vật
dưới góc lớn hơn, thì cái ấy tốt hơn.
Giả sử vật AB có độ dài l, có ảnh ảo A’B’ trong quang cụ, ảnh này được nhìn dưới
góc
Đơn vị độ dài của vật sẽ được nhìn trong quang cụ dưới góc:
′

=
Tỷ số P giữa góc trông

′

và độ dài l của vật là một đại lượng đặc trưng cho quang

cụ, được gọi là cường số của quang cụ.
P bằng nghịch đảo của một độ dài, vậy là đại lượng cùng loại với độ tụ, do đó cũng
được đo bằng đi-ốp. Muốn tính P ra đi-ốp, phải đo

′

bằng radian và l bằng mét.

Trong kính, cường số thường có đại số âm vì kính thường cho ảnh ngược so với vật.

2.2.3. Số bội giác
Khi nói đến số bội giác ta phải phân biệt hai trường hợp: vật ở gần và vật ở xa.
a)Vật ở gần
Khi quan sát một vật ở gần qua kính lúp hoặc kính hiển vi, ta nhìn ảnh cuối cùng
của vật dưới góc

′

, góc này thay đổi tùy theo cách điều chỉnh quang cụ. Khi quan sát vật

bằng mắt thường, muốn nhìn rõ các chi tiết, phải đặt vật ở cận điểm và khi ấy ta nhìn vật
dưới góc . Thương số:

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai

MSSV:1070236

Trang 24