Vật Lí 11 Bài 35: Thực hành: Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì

Vật Lí 11 Bài 35: Thực hành: Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì

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.

BÁO CÁO THỰC HÀNH

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

Vị trí (1) vật AB: 150 (mm)
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 = |f_tb - f|

- Tính sai số tuyệt đối trung bình Δf_tb 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, L_o) 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 L_o ? 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, L_o) bố trí như hình 35.2 là ảnh thật, thì khoảng cách giữa thấu kính phân kì L và thấu kính hội tụ L_o phải lớn hơn tiêu cự của thấu kính hội tụ L_o.

Bài 1 trang 223 sgk Vật Lí 11: Viết công thức thấu kính và nói rõ quy ước về dấu của các đại lượng có trong công thức này.

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.

Bài 2 trang 223 sgk Vật Lí 11: 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.

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.

Bài 3 trang 223 sgk Vật Lí 11: 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.

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).

Bài 4 trang 223 sgk Vật Lí 11: 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.

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.

Bài 5 trang 223 sgk Vật Lí 11: 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.

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.

Bài 6 trang 223 sgk Vật Lí 11: 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.

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

Xem thêm các bài Giải bài tập Vật Lí 11 (có video) hay khác:

• Bài 31: Mắt
• Bài 32: Kính lúp
• Bài 33: Kính hiển vi
• Bài 34: Kính thiên văn

---