Giải bài 46 vật lí 9: Thực hành: Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ

Nội dung bài học gồm hai phần:

• Lý thuyết về thấu kính hội tụ
• Nội dung thực hành

A. Lý thuyết về thấu kính hội tụ

1. Thấu kính hội tụ

• Thấu kính hội tụ thường dùng có phần rìa mỏng hơn phần giữa. Một chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ cho chùm tia ló hội tụ tại tiêu điểm của thấu kính.
• Đường truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính:
• Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp túc truyền thẳng theo phương của tia tới.
• Tia tới song song với trục chính thì tia ló qua tiêu điểm.
• Tia tới qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.

2. Ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ

• Vật đặt ngoài khoảng tiêu cự cho ảnh thật, ngược chiều với vật. Khi vật đặt rất xa thấu kín thì ảnh thật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự.
• Vật đặt trong khoảng tiêu cự cho ảnh ảo, lớn hơn vật và cùng chiều với vật.

B. Nội dung thực hành

I. Chuẩn bị

1. Dụng cụ

• Một thấu kính hội tụ có tiêu cự cần đo.
• Một vật sáng có hình dạng chữ L hoặc 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. Lý thuyết

a) 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. (hình 46.1)

b) Từ kết quả trên, ta suy ra cách đo f.

+ Thoạt tiên 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.

II. Nội dung thực hành

1. Lắp ráp thí nghiệm

• Vật được chiếu sáng bằng một ngọn đèn.
• Thấu kính đặt đúng giữa giá quang học.

2. Tiến hành thí nghiệm

• Đo chiều cao vật
• Dịch chuyển đồng thời vật và màn ảnh ra xa dần thấu kính cho đến khi thu được ảnh rõ nét. 
• Khi đã thấy ảnh rõ nét, cần kiểm tra lại xem hai điều kiện d = d', h = h' có được thoả mãn hay không.
• 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:

$f=\frac{d+d'}{4}$

III. Mẫu báo cáo

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. 

THỰC HÀNH: ĐO TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH HỘI TỤ

Họ và tên:.........                   Lớp:..............

1. Trả lời câu hỏi

a) Dựng ảnh của một vật đặt cách thấu kính hội tụ một khoảng bằng 2f.

b) Dựa vào hình vẽ để chứng minh rằng trong trường hợp này thì khoảng cách từ vật và từ ảnh đến thấu kính là bằng nhau

Ta thấy $\Delta$A'OB'   $\Delta$AOB, $\Delta$B'F'O   $\Delta$B'BK

=> $\frac{OA'}{OA}=\frac{OB'}{OB}=\frac{A'B'}{AB}$ (1)

Và $\frac{B'O}{B'B}=\frac{OF'}{BK}=\frac{OF'}{OA}=\frac{f}{2f}=\frac{1}{2}$ => OB = OB' (2)

Từ (1) và (2) =>  $\frac{OA'}{OA}=\frac{A'B'}{AB}=1$

Vậy khoảng cách từ vật và từ ảnh đến thấu kính là bằng nhau.

c) Ảnh này có kích thước như thế nào với vật ?

• Ảnh có kích thước bằng vật

d) Lập công thức tính tiêu cự của thấu kính trong trường hợp này.

• Ta có  d = d' = 2f =>  $f=\frac{d+d'}{4}$

e) Tóm tắt cách tiến hành đo tiêu cự của thấu kính hội tụ theo phương pháp này.

• Đo chiều cao của vật
• Dịch chuyển vật và màn ra xa dần thấu kính những khoảng bằng nhau cho đến khi thu được ảnh rõ nét.
• Nếu hai điều kiện d = d' và h = h' được thỏa mãn thì đo khoảng cách từ vật đến màn ảnh và tính tiêu cự của thấu kính theo công thức: $f=\frac{d+d'}{4}$

2. Kết quả đo

Bảng 1

Giá trị trung bình của tiêu cự thấu kính đo được là: $f=\frac{61+60+59+58}{4}=59,5$(mm)