SGK Vật Lí 11 - Bài 35. Thực hành: Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì
Thực hành : Xác định tiêu cự 3 CỦA THẤU KÍNH PHẦN Kì Thấu kính phân kì chí tạo ra ảnh áo của vật thật với mọi khoảng cách ờ từ vật đến thấu kính. Vì không thế hứng được ảnh áo trên màn ánh, nên không biết chính xác vị trí của ánh áo và do đó không đo được khoảng cách \d 'I từ ảnh ảo đến thấu kính. Vậy có cách nào xác định được tiêu cự ícủa thấu kính phân kì không ? I-MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Biết được phương pháp xác định tiêu cự của thấu kính phân kì bằng cách ghép nó đồng trục với một thấu kính hội tụ để tạo ra ảnh thật của vật thật qua » hệ hai thấu kính. Rèn luyện kĩ năng sử dụng giá quang học để xác định tiêu cự của thấu kính phân kì. II-DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Bộ thiết bị thí nghiệm “Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì” được bố trí như Hình 35.la. Hình 35.1 a 1 Giá quang học G, có thước dài 75 cm. 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 (Hình 35.1b). Thấu kính phân kì L. Thấu kính hội tụ Lq. Hinh 35 1b Bản màn ảnh M. Nguồn điện u (AC - DC : 0-3-9-12V/3A). Bộ hai dây ,dẫn có đầu phích cắm. Ill - Cơ SỞ Lí THUYẾT Đặt một vật thật AB vuông góc với trục chính của một thấu kính phân kì L. Vì thấu kính phân kì luôn tạo ra một ảnh ảo A'B' với mọi khoảng cách d từ vật AB đến thấu kính, nên không biết chính xác vị trí ảnh ảo A'B'. Do đó ta không đo trực tiếp được khoảng cách \d’\ từ ảnh ảo này đến thấu kính và không xác định được tiêu cự/của thấu kính phân kì L theo công thức : /=-^7, (35.1) d + d ra Để khắc phục khó khăn nêu trên, ta có thể áp dụng phương pháp sau đây : Đặt vật AB tại vị trí (1) trước thấu kính hội tụ Lq để thu được một ảnh thật A'B' rõ nét nhất trên màn ảnh M (Hình 35.2a). Sau đó, giữ cố định vị trí của thấu kính Lq và màn ảnh M. HI 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)'. - Ghép thấu kính phân kì L đồng trục với thấu kính hội tụ Lo thành hệ thấu kính (L, Lq). Di chuyển vật AB tới vị tri (2) sao cho ảnh ảo A\B\ tạo ra bởi thấu kính phân kì L được coi là vật thật đối với thấu kính hội tụ Lq và thấu kính Lq lại tạo ra một ảnh thật A\B'2 rõ nét nhất trên màn ảnh M. Khi đó vị trí của ảnh ảo A\B\ trùng với vị trí (1) của vật AB (Hình 35.2b). Như vậy, nếu đo khoảng cách d từ vị trí (2) của vật AB và khoảng cách lrí'l từ vị trí (1) của vật này đến thấu kính phân kì L, ta sẽ xác định được tiêu cự /của thấu kính phân kì L theo công thức (35.1). - GIỚI THIỆU DỤNG cụ ĐO Giá quang học G (Hình 35.3) là một máng trượt bằng hợp kim nhôm, dài 75 cm, đặt nằm ngang. Trên thân giá G có một thước milimét T, dùng xác định vị trí của vật AB, của các thấu kính L, Lq và màn ảnh M gắn trên giá G nhờ các vít hãm. Một đèn chiếu Đ (loại 12 V - 21 W) có kính tụ quang, dùng làm nguồn sáng và được cấp điện bởi nguồn điện u (AC - DC : 0-3-9-12V/3A). ’ Muốn thay đổi vị trí của vật AB, của các thấu kính L, Lq và của màn ảnh M trên giá quang học G, ta chỉ cần nới lỏng các vít hãm và dịch chuyển chúng trượt trên giá này. - TIÊN HÀNH THÍ NGHIỆM Cắm phích lấy điện của đèn chiếu Đ vào hai lỗ cắm cấp điện xoay chiều (ghi dấu ~ ) của nguồn điện u. Vặn núm xoay của nguồn điện này đến vị trí 12 V và bật công tắc của nó để đèn chiếu Đ phát sáng. Đặt vật.ÂB, thấu kính hội tụ Lo và màn ảnh M (theo thứ tự này) lên giá quang học G, vuông góc với chiều dài của giá : - Vật AB ở tại vị trí (1), cách đèn chiếu Đ khoảng 10-^15 cm. Ghi vị trí (1) của vật AB vào Bảng thực hành 35.1 ; - Thấu kính hội tụ Lữ và màn ảnh M ờ gần sát phía sau vật AB. Điều chỉnh đèn Đ sao cho vòng tròn sáng do nó phát ra chiếu vừa kín mặt lỗ tròn chứa vật AB và truyền qua vùng chính giữa mặt thấu kính Lo. 135 Dựa vào điều kiện tạo ảnh thật của thấu kính hội tụ đối với vật thật để phối hợp dịch chuyển thấu kính hội tụ Lữ và màn ảnh M xa dần vật AB cho tới khi thu được ảnh thật A'B', lớn hơn vật, hiện rõ nét nhất trên màn ảnh M. Giữ cố định vị trí của thấu kính hội tụ Lo và màn ảnh M. Dịch vật AB rời xa thấu kính hội tụ Lo thêm 5 cm, đến vị trí (2). Đặt thấu kính phân kì L vào khoảng giữa vật AB và thấu kính hội tụ Lo, ghép thành một hệ hai thấu kính đồng trục (L, Lo) trên giá quang học G. Dựa vào điều kiện tạo ảnh ảo của thấu kính phân kì đối với vật' thật để dịch chuyển thấu kính phân kì L cho tới khi thu được ảnh thật A\B'2, nhỏ hơn vật AB và hiện rõ nét nhất trên màn ảnh M. re Ghi vào Bảng thực hành 35.1 giá trị của : khoảng cách d từ vị trí (2) của vật AB đến thấu kính phân kì L ; khoảng cách Wl từ vị trí (1) của vật AB đến thấu kính phân kì L. re Muốn thấu kính hội tụ í0 tạo ra ảnh thật A'B' lớn hơn vật thật AB (Hình 35.2a), ta cần phầi chọn các khoảng cách từ vật AB và từ màn ảnh M đến thấu kính hội tụ Lo thoả mãn điều kiện gì so với tiêu cự của thấu kính này ? re Muốn ảnh cuối cùng của vật AB tạo bởi hệ thấu kính (/_, 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. 4 Thực hiện năm lần các thao tác 2 và 3 ở trên, ứng với cùng vị trí (1) đã chọn của vật AB. Xác định tiêu cự/của thấu kính phân kì L theo công thức (35.1), với chú ý quy ước về dấu đại số của các đại lượng d, d' và /. BÁO CẶO THÍ NGHIỆM Họ và tên : Lớp Tổ 1. Tên bài thực hành 2. Bảng thực hành 35.1 Vi trí (1) cùa vât AB: (mm) Lần đo d (mm) |đ'| (mm) f(mm) Af(mm) 1 2 3 4 5 Trung bình ĩ = (mm) Af- (mm) Tính kết quả của phép đo trong Bảng thực hành 35.1 Tính giá trị tiêu cự /của thấu kính phân kì L trong mỗi lần đo. Tính giá trị trung bình / của các lần đo. Tính sai số tuyệt đối của mỗi lần đo. Tính sai số tuyệt đối trung bình A/ của các lần đo. Tính sai số tỉ đối trung bình 8 - -=■ . H Viết kết quả của phép đo /= 7 ± A/ = ± (mm) ° với ô = CÂU a Viết công thức thấu kính và nói rõ quy ước vé dấu của các đại lượng có trong công thức này. Trình bày phương pháp đo tiêu cụ 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 đóng trục L, /-Q. Cho biết thấu kính phân kì L đặt gắn vật AB hon so vói thấu kính hội tụlg và ảnh cuối cùng tạo bởi hệ thấu kính này là ảnh thật. Có thể xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ Lo khi tiến hành thí nghiệm này được không ? Nểu biết, em hãy nói rõ nội dung này thuộc phần nào của bài thí nghiệm. HỎI 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. 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. Có thể thục hiện phép đo tiêu cự f cùa thấu kính phản kì L bằng cách ghép nó đồng trục vói một thấu kính hội tụ Lo, nhưng vật thật được đặt gắn thấu kính hội tụ hon so với thấu kính phân ki đuọc không ? Nếu biết, em hãy trình bày rõ các bước tiến hành thí nghiệm và vẽ hình minh hoạ sụ tạo ảnh của vật.