Giải bài 35 vật lí 11: Thực hành: Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì (Phần 2)

Nội dung bài học gồm ba phần:

• Chuẩn bị thực hành và tiến hành thí nghiệm
• Viết báo cáo thực hành
• Trả lời câu hỏi SGK trang 223

A. Chuẩn bị thực hành và tiến hành thí nghiệm

I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

1. 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.

2. Rèn luyện kỹ năng sử dụng giá quang học để xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ.

II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

Chuẩn bị bộ dụng cụ gồm:

1. Giá quang học G, có thước dài 75cm
2. Đèn chiếu Đ, loại 12V - 21W
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 cắm.

III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

• Sử dụng công thức tính vị trí ảnh tạo bởi thấu kính:

$\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d'}$ $\Rightarrow f=\frac{d.d'}{d+d'}$ (1.1)

• 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.

+ Đặt vật AB tại ví trí (1) trước thấu kính hội tụ L₀ => Thu được ảnh A'B' rõ nét trên màn M.

+ Giữ cố định vị trí của thấu kính L₀ và màn M, ghép thấu kính phân kì L với thấu kính hội tụ L₀ => Hế thấu kính đồng trục LL₀

+ Di chuyển vật AB đến vị trí (2) để ảnh cuối cùng A'₂B'₂ qua hệ thấu kính rõ nét trên màn => Khi đó vị trí ảnh A'₁B'₁ qua thấu kính phân kì L trùng với vị trí (1) của vật AB.

=> Dùng công thức 1.1 để tính tiêu cự f của thấu kính phân kì L.

IV. GIỚI THIỆU DỤNG CỤ ĐO

Dụng cụ đo như hình vẽ:

V.  TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

• Lắp ráp thí nghiệm thực hành theo sơ đồ hình 35.1a sách giáo khoa.
• 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.
• Tính toán tiêu cự của thấu kính trong mỗi lần đo theo công thức 1.1 

B. Viết báo cáo thực hành

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.

1. Tên bài thực hành

Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì 

2. Bảng thực hành 35.1

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
• Tính giá trị trung bình $\bar{f}$ của các lần đo: $\bar{f}$ = - 54,99 (mm)
• Tính sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo: $\Delta f$ = $\left | \bar{f} -f\right |$
• Tính sai số tuyệt đối trung bình $\overline{\Delta f}$ của các lần đo : $\overline{\Delta f}$ = $\frac{\overline{\Delta f_{1}}+\overline{\Delta f_{2}}+\overline{\Delta f_{3}}+\overline{\Delta f_{4}}+\overline{\Delta f_{5}}}{5}$ = 1,314 (mm)
• Tính sai số tỉ đối trung bình $\delta$ = $\frac{\overline{\Delta f}}{\left | \bar{f} \right |}$ = $\left | \frac{1,314}{-54,99} \right |$ = 0,024

4. Viết kết quả của phép đo: 

$f=\bar{f}\pm \overline{\Delta f}=-53,99\pm 1,314$ (mm)

Với $\delta$ = 0,024

C. Trả lời câu hỏi SGK trang 223

1. Viết công thức thấu kính và nói rõ quy ước về dấu của các đại lượng có trong công thức này.

Hướng dẫn:

• Công thức của thấu kính: 

$\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d'}$

• Trong đó:

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.

2. Trình bày phương pháp đo tiêu cự của thấu kính phân kì L đã được thực hiện trong thí nghiệm này.

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.

Hướng dẫn:

Phương pháp đo:

• Đặt vật AB tại ví trí (1) trước thấu kính hội tụ L₀ => Thu được ảnh A'B' rõ nét trên màn M.
• Giữ cố định vị trí của thấu kính L₀ và màn M, ghép thấu kính phân kì L với thấu kính hội tụ L₀ => Hế thấu kính đồng trục LL₀
• Di chuyển vật AB đến vị trí (2) để ảnh cuối cùng A'₂B'₂ qua hệ thấu kính rõ nét trên màn => Khi đó vị trí ảnh A'₁B'₁ qua thấu kính phân kì L trùng với vị trí (1) của vật AB.
• Đo các khoảng cách d, d' và ghi chép các số liệu.

Vẽ ảnh của vật qua một hệ hai thấu kính đồng trục L, L₀:

3. Có thể xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ L₀ khi tiến hành thí nghiệm này được không ? Nếu biết, em hãy nói rõ nội dung này thuộc phần nào của bài thí nghiệm.

Hướng dẫn:

• Có thể xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ L₀ khi tiến hành thí nghiệm này.
• 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).

4. Hãy nói rõ cách xác định đúng vị trí ảnh rõ nét của một vật hiện trên màn ảnh đặt ở phía sau của một thấu kính hoặc của một hệ thấu kính.

Hướng dẫn:

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.

5. Hãy cho biết những nguyên nhân nào có thể gây nên sai số ngẫu nhiên của phép đo tiêu cự f thấu kính phân kì L trong thí nghiệm này.

Hướng dẫn:

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: $\frac{\Delta f}{f}=\frac{\Delta d}{d}+\frac{\Delta d'}{d}-\frac{\Delta (d+d')}{d+d'}$

Ta thấy, khi chọn d khá lớn để $\frac{\Delta d}{d}$ nhỏ thì d’ sẽ nhỏ. Kết quả là $\frac{\Delta f}{f}$ sẽ lớn và gây ra sai số.

6. Có thể thực hiện phép đo tiêu cự f của thấu kính phân kì L bằng cách ghép nó đồng trục với một thấu kính hội tụ L₀, nhưng vật thật được đặt gần thấu kính hội tụ hơn so với thấu kính phân kì được không ?

Nếu biết, em hãy trình bày rõ các bước tiến hành thí nghiệm và vẽ hình minh họa sự tạo ảnh của vật.

Hướng dẫn:

Có thể:

• 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: $f_{2}=\frac{d_{2}.d'_{2}}{d_{2}+d'_{2}}$

Vì d₂ < 0 và │d’₂│ > │d₂│ nên f₂ < 0