Nội dung bài 46 thực hành đo tiêu cự của thấu kính hội tụ giúp các bạn trình bày được phương pháp đo tiêu cự cũa thấu kính hội tụ. Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ theo phương pháp và rèn luyện kỉ năng thiết kế kế hoạch đo tiêu cự bằng kiến thức đã học.
Bạn đang xem: Bài 46: thực hành: đo tiêu cự của thấu kính hội tụ
Thực hành Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ
Thực hành Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ
1. Dụng cụ [Cho mỗi nhóm học sinh]
- Một thấu kính hội tụ có tiêu cự cần đo.
- Một vật sáng có hình dạng chữ F.
- Một màn ảnh.
- Một giá quang học thẳng trên có các giá đỡ vật, thấu kính và màn ảnh. Vị trí vật, thấu kính và màn ảnh có thể xác định được một cách chính xác.
- Một thước thẳng chia độ đến milimet.
2. Tóm tắt lý thuyết
2.1. Hãy nêu đặc điểm đường truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ
- Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng
- Tia tới song song trục chính thì tia ló qua tiêu điểm
- Tia tới qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính
2.2. Khoảng cách giữa vật và ảnh
Dựa vào cách dựng ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ, hãy chứng minh rằng: Nếu ta đặt một vật AB có độ cao là h vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ và cách thấu kính một khoảng bằng 2 lần tiêu cự [OA=2f] thì ta sẽ thu được một ảnh ngược chiều, cao bằng vật [A'B'=h' = h = AB] và cũng nằm cách thấu kính khoảng 2f. Khi đó, khoảng cách giữa vật và ảnh sẽ là 4f.
2.3. Cách đo f
Thoạt tiên đặt vật đặt vật và màn ảnh khá gần thấu kính, cách thấu kính những khoảng bằng nhau d=d'.
Xê dịch đồng thời vật và màn ảnh ra xa dần thấu kính, nhưng phải luôn luôn giữ sao cho d=d', cho đến khi thu được một ảnh rõ nét, cao vằng vật.
Lúc này ta sẽ có d=d'= 2f và d+d' = 4f 2
3. Nội dung thực hành
3.1. Lắp ráp thí nghiệm:
3.1.1. Tiến hành thí nghiệm:
Bước 1: Đo chiều cao vật [chữ F].
Bước 2: Dịch chuyển đồng thời vật và màn ảnh ra xa dần thấu kính cho đến khi thu được ảnh rõ nét. Gợi ý: mỗi lần dịch chuyển màn ảnh 1cm thì đồng thời dịch chuyển nến và chữ F 1cm
Bước 3: Khi đã thấy ảnh rõ nét, cần kiểm tra lại xem hai điều kiện d=d' , h=h' có được thoả mãn hay không.
Bước 4: Nếu hai điều kiện trên đã được thoả mãn thì đo khoảng cách từ vật đến màn ảnh và tính tiêu cự của thấu kính theo công thức: f=
Yêu cầu: Cho đèn hoạt động ở U = 12V ; thấu kính đặt cố định ở chính giữa giá quang học. Ban đầu để màn ảnh cách kính 4cm, chữ F cách kính 4cm. Nến luôn ở sát sau chữ F trong quá trình di chuyển.
Bài tập minh họa
1, Dựng [vật AB có độ cao là h và vuông góc với trục chính của TKHT]
2, Dựa vào hình vẽ chứng minh rằng trong trường hợp này thì ta thu được ảnh ngược chiều cao bằng vật và khoảng cách từ vật và từ ảnh đến thấu kính là bằng nhau [=2f].
- Ta có BI=AO=2f=2OF', nên OF' là đường trung bình của tam giác B'BI. Từ đó suy ra OB=OB'.
- Lại có góc O = góc O [đối đỉnh]; AB vuông góc AO và A'B' vuông góc OA'
- Vậy tam giác vuông ABO = tam giác vuông A'B'O [theo trường hợp có cạnh huyền và một góc nhọn bằng nhau].
- Kết quả, ta có A'B' = AB và OA'= OA = 2f
3, Ảnh này có kích thước như thế nào so với vật?
4, Công thức tính tiêu cự thấu kính trong trường hợp này
5, Tóm tắt các bước tiến hành đo tiêu cự thấu kính hội tụ:
- Đo chiều cao của vật, đánh dấu chiều cao này trên màn ảnh
- Dịch chuyển vật và màn ảnh ra xa thấu kính những khoảng bằng nhau cho đến khi thu được ảnh rõ nét
- Kiểm tra lại xem các điều kiện d = d’ và h = h’ có thõa mãn
- Tính tiêu cự của thấu kính theo công thức f=
Bài viết gợi ý:
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 35: Thực hành: Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
I. Mục đích
+ Biết được phương pháp xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ bằng cách ghép nó đồng trục với thấu kính hội tụ để tạo ảnh thật của vật qua hệ hai thấu kính.
+ Rèn luyện kỹ năng sử dụng giá quang học để xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ.
II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Giá quang học G, có thước dài 75cm
2. Đèn chiếu Đ, loại 12 V- 21 W
3. Bản chắn sáng C, màu đen, trên mặt có một lỗ tròn mang hình số 1 dùng làm vật AB.
4. Thấu kính phân kỳ L.
5. Thấu kính hội tụ L0.
6. Bản màn ảnh M
7. Nguồn điện U [AC-DC: 0-3-9-12V/3A]
8. Bộ hai dây dẫn có đầu phích căm.
III. THÍ NGHIỆM
1. Cơ sở lý thuyết:
– Sử dụng công thức tính vị trí ảnh tạo bởi thấu kính:
– Lập mối quan hệ giữa vị trí ảnh và tiêu cự của thấu kính qua hệ gồm thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.
2. Cách sử dụng các dụng cụ đo và bố trí được thí nghiệm:
– Sử dụng thấu kính hội tụ, thấu kính phân kỳ, vật, màn chắn.
– Lắp ráp thí nghiệm thực hành theo sơ đồ hình 35.1a sách giáo khoa.
3. Tiến hành thí nghiệm:
– Điều chỉnh khoảng cách vật, thấu kính, màn chắn phù hợp để thu được ảnh thật từ một màn chắn.
– Đo các khoảng cách d, d’ và ghi chép các số liệu.
4. Tính toán các số liệu thu được từ thí nghiệm để đưa ra kết quả:
– Tính tiêu cự của thấu kính trong mỗi lần đo theo công thức [1].
– Tính giá trị trung bình của tiêu cự.
– Tính được sai số của phép đo.
– Trình bày được kết quả và nhận xét được nguyên nhân gây ra sai số.
Chú ý: Đây chỉ là bài mẫu tham khảo, khi làm bài các bạn cần thay số đo mà mình đã đo để có một bài báo cáo thực hành đúng.
Họ và tên:…………………
Lớp:……………
Tổ:……………….
1. Tên bài thực hành
Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì
2. Bảng thực hành 35.1
| Lần đo | d [mm] | |d′| [mm] | f [mm] | Δf [mm] |
| 1 | 68 | 30 | -53,68 | 1,31 |
| 2 | 67 | 30 | – 54,32 | 0,67 |
| 3 | 68 | 31 | – 56,97 | 1,98 |
| 4 | 68 | 30 | – 53,68 | 1,31 |
| 5 | 69 | 31 | – 56,29 | 1,3 |
| Trung bình | ftb = – 54,99 [mm] | Δftb = 1,314 [mm] |
3. Tính kết quả của phép đo trong Bảng thực hành 35.1
– Tính giá trị tiêu cự f của thấu kính phân kì L trong mỗi lần đo: Kết quả ghi trong bảng
– Tính giá trị trung bình f của các lần đo: f = – 54,99 [mm]
– Tính sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo: Δf = |ftb – f|
– Tính sai số tuyệt đối trung bình Δftb của các lần đo:
– Tính sai số tỉ đối trung bình:
4. Viết kết quả phép đo.
C1 trang 219 sgk Vật Lí 11: Hãy nêu rõ:
– Tính chất của ảnh ảo A’B’ tạo bởi thấu kính phân kì đối với vật thật AB
– Quy ước về dấu đại số của các đại lượng d, d’, f’ trong công thức [35.1]
Trả lời:
• Ảnh ảo A’B’ tạo bởi vật thật AB là ảnh có kích thước nhỏ hơn vật, và cùng chiều so với vật.
• Quy ước về dấu đại số của các đại lượng f, d, d’ trong công thức 35.1
ο Ảnh là ảnh ảo nên d’ < 0, thấu kính phân kỳ: f < 0
ο Vật thật nên d lấy giá trị dương.
C2 trang 221 sgk Vật Lí 11: Muốn thấu kính hội tụ Lo tạo ra ảnh thật A’B’ lớn hơn vật thật AB [Hình 35.2a], ta cần phải chọn khoảng cách từ vật AB và từ màn ảnh M đến thấu kính hội tụ Lo thỏa mãn điều kiện gì so với tiêu cự của thấu kính này ?
Trả lời:
Muốn tháu kính hội tụ Lo tạo ra ảnh thật A’B’ lớn hơn vật thật AB thì vật AB phải nằm trong khoảng từ f đến 2f, tức là f < d < 2.f,
Khi đó khoảng cách từ màn M đến thấu kính hội tụ Lo được tính theo công thức:
C3 trang 221 sgk Vật Lí 11: Muốn ảnh cuối cùng của vật AB tạo bởi hệ thấu kính [L, Lo] bố trí như hình 35.2 là ảnh thật, thì khoảng cách giữa thấu kính phân kì L và thấu kính hội tụ Lo phải lớn hơn hay nhỏ hơn tiêu cự của thấu kính hội tụ Lo ? Giải thích tại sao.
Trả lời:
Khoảng cách giữa thấu kính phân kì L và thấu kính hội tụ Lo phải lớn hơn tiêu cự của thấu kính hội tụ Lo
Vì ảnh cuối cùng của vật AB là ảnh thật, nên ảnh sẽ ngược chiều với vật, do đó số phóng đại của ảnh sau cùng phải nhỏ hơn 0 [k < 0 ]
Mà
Vì
Gọi L là khoảng cách hai thấu kính ⇒ d2 = L – d’1 ⇔ L – d’1 > f2
Vì d’1 < 0 nên để đảm bảo L – d’1 > f2 thì L > f2
Vậy muốn ảnh cuối cùng của vật AB tạo bởi hệ thấu kính [L, Lo] bố trí như hình 35.2 là ảnh thật, thì khoảng cách giữa thấu kính phân kì L và thấu kính hội tụ Lo phải lớn hơn tiêu cự của thấu kính hội tụ Lo.
Trả lời:
Công thức của thấu kính:
f là tiêu cự của thấu kính: f > 0 [TKHT]; f < 0 [TKPK]
d là khoảng cách từ vật đến thấu kính d > 0 vật thật; d < 0 vật ảo.
d’ là khoảng cách từ ảnh đến ảnh thấu kính d’ > 0 ảnh thật; d’ < 0 ảnh ảo.
Vẽ ảnh thật của một vật thật AB đặt vuông góc với trục chính của một hệ hai thấu kính đồng trục L, L0. Cho biết thấu kính phân kì L đặt gần vật AB hơn so với thấu kính hội tụ L0 và ảnh cuối cùng tạo bởi hệ thấu kính này là ảnh thật.
Trả lời:
– Điều chỉnh khoảng cách vật, thấu kính, màn chắn phù hợp để thu được ảnh thật từ một màn chắn.
– Đo các khoảng cách d, d’ và ghi chép các số liệu.
Trả lời:
Có thể xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ L0 trong mục V.2, Bài 35 SGK Vật Lý 11. Sau khi thu được ảnh thật A’B’ lớn hơn vật AB hiện rõ trên màn ảnh M, ta phải đo các khoảng cách d0 từ vật AB và khoảng cách d’0 từ ảnh thật A’B’ đến thấu kính hội tụ L0 để tính tiêu cự f0 của thấu kính này theo công thức [35.1].
Trả lời:
Có thể xác định đúng vị trí ảnh rõ nét của một vật trên màn ảnh M đặt ở phía sau một thấu kính hoặc hệ thấu kính bằng cách vừa quan sát mép các đường viền của ảnh, vừa phối hợp dịch chuyển về cả hai phía đối với một trong ba đối tượng: hoặc vật, hoặc màn ảnh, hoặc các thấu kính, sao cho mép các đường viền ảnh thay đổi dần từ không rõ nét [bị nhòe] chuyển sang sắc nét, rồi lại không rõ nét. Sau vài lần so sánh mức độ sắc nét của mép các đường viền ảnh, ta có thể xác định được vị trí ảnh hiện rõ nét nhất trên màn ảnh M.
Trả lời:
Nguyên nhân chủ yếu gây nên sai số ngẫu nhiên của phép đo tiêu cự thấu kính phân kỳ trong thí nghiệm này có thể do:
– Không xác định được đúng vị trí ảnh hiện rõ nét nhất trên màn ảnh M;
– Các quang trục của thấu kính phân kì L và thấu kính hội tụ L0 chưa trùng nhau;
– Đèn Đ không đủ công suất để chiếu sáng hoặc dây tóc đèn chưa được điều chỉnh nằm ở tiêu diện của kính tụ quang [lắp ở đầu đèn Đ].
– Ngoài ra ta có:
Ta thấy, khi chọn d khá lớn để Δd/d nhỏ thì d’ sẽ nhỏ. Kết quả là Δf/f sẽ lớn và gây ra sai số.
Nếu biết, em hãy trình bày rõ các bước tiến hành thí nghiệm và vẽ hình minh họa sự tạo ảnh của vật.
Trả lời:
Đặt vật AB trước và gần thấu kính hội tụ L.
Điều chỉnh sao cho vật AB qua L0 cho ảnh nằm sau thấu kính phân kì L, thì sẽ thu được ảnh cuối cùng là ảnh thật.
∗ Các bước tiến hành:
– Giữ vật cố định, di chuyển thấu kính hội tụ và màn cho tới khi hứng được ảnh rõ nét trên màn [sắp xếp để thấu kính cho ảnh nhỏ].
– Đặt thấu kính phân kì trong khoảng giữa thấu kính hội tụ và màn, cách màn vài xăng-ti-mét, quan sát thấy ảnh trên màn bị nhòe đi. Gọi khoảng cách từ thấu kính phân kì đến màn lúc này là d2, đo d2.
– Di chuyển màn ra xa các thấu kính cho tới khi thu được ảnh rõ nét trên màn, đo khoảng cách d’2 từ thấu kính phân kì đến màn.
– tính tiêu cự f2 bằng công thức:
Vì d2 < 0 và │d’2│ > │d2│ nên f2 < 0