BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG TIÊU TRẮC

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG HKII 2021 2022 BÀI 5 TIÊU TRẮC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG HKII 2021 2022 BÀI 5 TIÊU TRẮC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG HKII 2021 2022 BÀI 5 TIÊU TRẮC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG HKII 2021 2022 BÀI 5 TIÊU TRẮC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG HKII 2021 2022 BÀI 5 TIÊU TRẮC

BÀI 5: TIÊU TRẮC

Họ và tên: Nguyễn Lê Thục Hân

Lớp: Chiều thứ 6 MSSV: 46.01.102.013

Nhóm: 1

Ngày làm TN: 14/10/2022

Ngày nộp báo cáo: 15/10/2022

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Khảo sát sự tạo ảnh của vật qua các thấu kính mỏng và thực hành các cách đo tiêu cự các thấu kính mỏng

2 BỐ TRÍ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

Tên dụng

Vật sáng chữ

L

Đóng vai trò là vật AB trong phương pháp chuẩn và phương pháp Silberman

Là nguồn điểm trong các phương pháp

Thước dài

1m

Xác định vị trí tương đối giữa ảnh, vật, thấu kính Hoặc các phần tử trong quang

hệ

Giữ cho các thấu kính đồng trục

Màn ảnh

Dùng để hứng các ảnh thật trong các phương pháp Silberman; Bessel để đo tiêu

cự của TKHT và phương pháp điểm liên kết để đo tiêu cự của TKPK

Gương

phẳng

Tạo quang hệ dùng trong phương pháp tự

chuẩn

Thấu kính

mỏng

Mẫu cần đo tiêu cự

Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ

Giá mang

thấu kính,

gương, màn

Giá: cố định vị trí của thấu kính trong không gian, góp phần tạo quang hệ đồng

trục

3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

3.1 Đo tiêu cự thấu kính hội tụ (TKHT)

3.1.1 Phương pháp tự chuẩn

Sơ đồ thí nghiệm:

Nguyên tắc:

Vật sáng S đặt cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự f thì cho ảnh thật S’ ở vô cùng, do

đó không thể hứng được ảnh trên màn Nếu đặt gương phẳng ở vị trí bất kì sau thấu kính sẽ thu được một ảnh thật ở vô cùng, ảnh này là vật ảo đối với thấu kính hội tụ, nên cuối cùng hệ sẽ cho một ảnh thật nằm tại tiêu điểm

Nếu một vật đặt tại tiêu điểm của TKHT, qua hệ thấu kính - gương phẳng sẽ thu được một ảnh thật nằm tại vị trí của vật (tiêu điểm) và ngược chiều với vật do tính chất phản xạ

Các bước tiến hành:

Bước 1: Đặt vật chữ “L” nằm trước bóng đèn.

Bước 2: Đặt cố định gương sau thấu kính.

Bước 3: Di chuyển thấu kính L trên giá sao cho ảnh cuối của S’A’ lại hiện rõ trên mặt phẳng

vật S

Bước 4: Đo khoảng cách từ vật đến TK đó là tiêu cự Tức f = SO Đo 3 lần.

d = f

Bảng số liệu:

Phương pháp tự chuẩn

Xử

lý số liệu:

3

0,035 0,1 0,135cm 0,135

6,9.10 0,69%

19, 48

dc

f f

       



Vậy f    f f 19, 480 0,135 cm 

B

O

A’

B’

F’

I F

3.1.2 Phương pháp Silberman

Sơ đồ thí nghiệm:

Xét cặp tam giác đồng dạng: AOB: A OB' ', ta có tỉ lệ:

' ' '

(1) Xét tiếp cặp tam giác đồng dạng: OIF': A B F' ' ', ta lại có tỉ lệ:

' ' ' ' '

(2)

Vì OI = AB, nên suy ra được:

' ' ' '

(3)

Vì F’A’+OF’ = OA’ nên F’A’ = OA’ - OF’, vậy:



'

(4)

Khi OA = 2f = 2OF, vì vật nằm ngoài khoảng tiêu cự của TKHT nên thu được ảnh thật, khi

thay vào (4) ta có:

' 2

2f OA' f OA  f OA

Theo công thức (1), ta suy ra được:

2

' ' 2

AB A B

Vậy khi đặt vật cách TKHT một đoạn bằng 2f ta thu được một ảnh thật có kích thước bằng

vật

Các bước tiến hành:

Bước 1: Sử dụng vật sáng chữ “L”.

Bước 2: Đặt thấu kính và màn sao cho thu được ảnh thật trên màn.

Bước 3: Di chuyển thấu kính và màn cho đến khi ảnh bằng vật, và SO = SO’ (TK nằm ở vị

trí trung tâm giữa vật và màn)

Bước 4: Xác khoảng cách giữa vật và màn là SS’ Đo

' 4

SS

f 

Đo 3 lần

Bảng số liệu:

Phương pháp Silberman

Xử lý số liệu:

3

'

' ' 0,05 0,1 0,15cm ' ' ' 78,8 0,15 78,95cm ' 78,8

19,7cm

' 0,15

0,038cm

0,038

19,7

dc

SS f SS f

f f



Vậy f    f f 19,700 0,038 cm 

3.1.3 Phương pháp Bessel

Sơ đồ thí nghiệm

Vật AB (cố định) qua TKHT (di động được) cho ảnh thật A’B’ trên màn D (cố định), chúng phải thỏa mãn hệ thức (4) lập được trong nhiệm vụ 2:

'

Trong đó có OA x OA ; ' D x, vậy:

2

0

Phương trình (1) có hai nghiệm ta sẽ thu được hai vị trí đặt thấu kính để nhận được ảnh rõ nét trên màn ảnh D (được cố định); điều kiện để (1) có hai nghiệm phân biệt:

D  Df   D f

Các bước tiến hành:

Bước 1 Đặt màn M ở 1 vị trí cố định xa nguồn S Đo D là khoảng cách vật - màn

Bước 2 Di chuyển thấu kính trên giá, tìm được hai vị trí của thấu kính để cho ảnh rõ trên

màn Vị trí 1 cho ảnh lớn, vị trí 2 cho ảnh nhỏ Đo khoảng cách l giữa 2 vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét

Bước 3 Tính f theo công thức:

4

f

D





Bảng số liệu:

Phương pháp Bessel

Lần đo D cm D cm l cm l cm

Xử lý số liệu:

 

 

 

3

3

0, 05 0,1 0,15 cm

100 47,7

19,312 cm 4.100

4

0,1 100.0,1 47,7.0,15

100 100 47, 7 5, 4.10 19,312 0,104 cm

dc

f

D









       





Vậy f    f f 19,312 0,104 cm 

3.2 Đo tiêu cự thấu kính phân kỳ (TKPK)

3.2.1 Phương pháp tự chuẩn

Sơ đồ thí nghiệm:

+ Với TKPK, mọi vật thật đều cho ảnh ảo nên không hứng trên màn TKPK cho ảnh thật với

2 điều kiện sau: Vật ảo và khoảng cách từ vật ảo đến thấu kính nhỏ hơn tiêu cự của nó

+ Nếu chùm tia tới có đường kéo dài đi qua tiểu điểm vật chính thì cho chùm tia ló song song

Vai trò của TKHT:

+ Để tạo ảnh thật của TKPK, ta dùng thêm 1 TKHT đặt phía trước với tác dụng tạo ra một vật ảo cho TKPK Nếu chùm tia tới TKPK có đường kéo dài đi qua tiêu điểm vật chính F2 thì sẽ cho chùm tia ló song song, dùng gương để phản xạ chùm tia ló này cho ảnh cuối xuất hiện trên mặt phẳng vật S

Vậy PP này làm cho S1 trùng với tiêu điểm vật F2 Thực chất tiêu cự TKPK chính là khoảng cách từ L2 đến S1

Nhiệm vụ của TKHT tạo chùm sáng hội tụ như vậy đến thấu kính phân kỳ, hay là tạo vật ảo đối với TKPK

Điều kiện: tiêu điểm vật F của TKPK phải trùng với ảnh điểm S1 do thấu kính hội tụ tạo ra

từ vật sáng điểm S

Các bước tiến hành:

Bước 1: Xác định vị trí đặt thấu kính L1 để thu được ảnh S1 nằm trên màn với kích thước

nhỏ Cố định L 1 Xác định khoảng cách L S1 1D1.

Bước 2: Đặt L 2 ở giữa L 1 và S 1 , rồi lấy màn chắn ra, sau đó đặt gương M sau L 2

Bước 3: Di chuyển L 2 sao cho ảnh cuối cùng S1’ lại hiện rõ trên mặt phẳng S

Bước 4: Đo L L1 2 D2.

Bước 5: Tính f L1 1S L L1 2 (Do tiêu cự của TKPK là âm nên ta lấy f âm).

Bảng số liệu:

Phương pháp tự chuẩn Lần đo L S1 1 cm L S1 1 cm L L1 2 cm L L1 2 cm

Xử lý số liệu:

1 1 1 2

1 1 1 2

0,05 0,1 0,15 cm 0,035 0,1 0,135 cm 25,5 2,18 23,32 cm 0,15 0,135

0,012 1, 2%

25,5 2,18 0,012 23,32 0, 28 cm

c

dc d

L f

L

f

L

S

L L L f





  





Vậy f     f f 23,32 0, 28 cm  

3.2.2 Phương pháp điểm liên kết

Sơ đồ thí nghiệm:

Nguyên tắc:

TKPK luôn cho ảnh ảo nếu vật là vật thật, và cho ảnh thật cho một vật ảo thích hợp Người quan sát chỉ có thể thực hiện đo đạc với các ảnh thật (xuất hiện trên màn), do đó để quan sát ảnh thật tạo ra từ TKPK thì cần một vật ảo thích hợp, vật ảo này được tạo từ một thấu kính hội tụ L1

Như vậy: vật S qua TKHT L1 sẽ cho ảnh thật S1 Vì S1 nằm trong vùng không gian vật của TKPK L2 nên sẽ là vật ảo đối với L2, do đó ảnh S2 của S1 qua TKPK L2 sẽ hiện rõ trên màn

Ta xác định được vị trí của S 1 so với L 1 là O 1 S 1, xác định vị trí của L2 để thu được ảnh thật rõ

nét trên màn khi đó ta có được O 1 O 2, vậy vị trí của S1 so với TKPK L2 là O1 1S O O1 2 O2 1S theo

quy ước về dấu của vật ta có d  O2 1S .

Ta cũng xác định được vị trí của ảnh S2 do nó hiện trên màn, nên xác định được d’

Áp dụng công thức thấu kính phân kỳ ta có:

d d

 và d' 0; f 0

Các bước tiến hành:

Bước 1 Vật S qua thấu kính hội tụ L1 cho ảnh thật S1 trên màn M (chọn vị trí L1 sao cho ảnh S1 nhỏ)

Bước 2 Đặt giữa L1 và S1 một thấu kính phân kỳ L2 thì S1 sẽ là vật ảo đối với thấu kính L2

(Đánh dấu S1 trên giá bằng phấn trắng)

Bước 3 Dời màn ra xa vị trí S1 , di chuyển L2 giữa L1 và S1 đến một vị trí nào ta thấy ảnh rõ của vật S1’ trên màn

Bước 4 Đo d'L S d2 1'; L S2 1 (d < 0 do ảnh S

1 là ảo đối với thấu kính L2)

Bước 5: Tính tiêu cự thấu kính phân kì L2:

' '

'

d d f

d d



 (f’ < 0 do tiêu cự của TKPK là âm).

Bước 6: Ghi số liệu vào bảng.

Bảng số liệu:

Phương pháp điểm liên kết

Xử lý số liệu:

 

 

'

0,04 0,1 0,14 cm ' ' 0,05 0,1 0,15 cm

10,13 17,55 '

23,96 cm 10,13 17,55

'

' ' 0,14 0,15 0,14 0,15

0,011 1,1%

10,13 17,55 10,13 17,55

0,011 23,96

d dc

c

d d f

d d





       

       







     0, 26 cm 

Vậy f     f f 23,96 0, 26 cm  

4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

* Nguyên nhân sai số:

- Sai số do dụng cụ đo (thước kẻ 100cm)

- Trong quá trình đo, người thực hành thí nghiệm đặt mắt đọc giá trị trên dụng cụ đo không đúng

- Ảnh thu được trên màn còn mờ chưa hoàn toàn rõ và sắc nét

- Đặt thước đo chưa chuẩn mép của thấu kính/màn chắn

- Trong quá trình di chuyển thấu kính, việc đánh dấu vị trí thấu kính ban đầu còn chưa chuẩn xác

- Dụng cụ đo bị hư hỏng (TKPK bị bể làm đôi)

* Nhận xét:

B

O

A’

B’

F’

I F

Kết

quả thí nghiệm đo tiêu cự TKHT :

+ Phương pháp tự chuẩn: f    f f 19, 480 0,135 cm 

+ Phương pháp Silberman: f    f f 19,700 0,038 cm 

+ Phương pháp Bessel: f    f f 19,312 0,104 cm 

Với các phương pháp đo tiêu cự bằng TKHT, sai số nhỏ hơn 1%, giá trị tiêu cự của TKHT

là sắp xỉ 19cm

Kết

quả thí nghiệm đo tiêu cự TKPK :

+ Phương pháp tự chuẩn: f     f f 23,32 0, 28 cm  

+ Phương pháp điểm liên kết: f     f f 23,96 0, 26 cm  

Với các phương pháp đo tiêu cự bằng TKPK, sai số tương đối nhỏ (nhỏ hơn 2%), kết quả đo được là đáng tin cậy

5 TRẢ LỜI CÂU HỎI

Nhiệm vụ học tập 1: Sinh viên trình bày nguyên tắc xác định tiêu cự TKHT bằng phương pháp

tự chuẩn

Trình bày nguyên tắc xác định tiêu cự TKHT bằng phương pháp tự chuẩn (Phần 3.1.1)

Nhiệm vụ học tập 2: Từ những kiến thức đã học, sinh viên hãy chứng minh rằng khi vật đặt

cách TKHT một khoảng bằng 2f thì cho ảnh thật và bằng vật.

Xét cặp tam giác đồng dạng: AOB: A OB' ', ta có tỉ lệ:

' ' '

(1) Xét tiếp cặp tam giác đồng dạng: OIF': A B F' ' ', ta lại có tỉ lệ:

' ' ' ' '

(2)

Vì OI = AB, nên suy ra được:

' ' ' '

(3)

Vì F’A’+OF’ = OA’ nên F’A’ = OA’ - OF’, vậy:



'

(4)

Khi OA = 2f = 2OF, vì vật nằm ngoài khoảng tiêu cự của TKHT nên thu được ảnh thật, khi

thay vào (4) ta có:

' 2

2f OA' f OA  f OA

Theo công thức (1), ta suy ra được:

2

' ' 2

AB A B

Vậy khi đặt vật cách TKHT một đoạn bằng 2f ta thu được một ảnh thật có kích thước bằng

vật

Nhiệm vụ học tập 3: Từ những kiến thức đã học, sinh viên hãy chứng minh rằng nếu khoảng

cách D từ vật đến màn lớn hơn 4f, sẽ có hai vị trí của TKHT để có ảnh rõ trên màn.

Vật AB (cố định) qua TKHT (di động được) cho ảnh thật A’B’ trên màn D (cố định), chúng phải thỏa mãn hệ thức (4) lập được trong nhiệm vụ 2:

'

Trong đó có OA x OA ; ' D x, vậy:

2

0

Phương trình (1) có hai nghiệm ta sẽ thu được hai vị trí đặt thấu kính để nhận được ảnh rõ nét trên màn ảnh D (được cố định); điều kiện để (1) có hai nghiệm phân biệt:

D  Df   D f

Nhiệm vụ học tập 4: Sinh viên hãy nêu vai trò của TKHT trong quang hệ để đo tiêu cự của

TKPK và điều kiện để ảnh qua quang hệ hiện đúng trên mặt phẳng của vật S

Sơ đồ thí nghiệm:

+ Với TKPK, mọi vật thật đều cho ảnh ảo nên không hứng trên màn TKPK cho ảnh thật với

2 điều kiện sau: Vật ảo và khoảng cách từ vật ảo đến thấu kính nhỏ hơn tiêu cự của nó

+ Nếu chùm tia tới có đường kéo dài đi qua tiểu điểm vật chính thì cho chùm tia ló song song

Vai trò của TKHT:

+ Để tạo ảnh thật của TKPK, ta dùng thêm 1 TKHT đặt phía trước với tác dụng tạo ra một vật ảo cho TKPK Nếu chùm tia tới TKPK có đường kéo dài đi qua tiêu điểm vật chính F2 thì sẽ cho chùm tia ló song song, dùng gương để phản xạ chùm tia ló này cho ảnh cuối xuất hiện trên mặt phẳng vật S

Vậy phương pháp này làm cho S1 trùng với tiêu điểm vật F2 Thực chất tiêu cự TKPK chính

là khoảng cách từ L2 đến S1

Nhiệm vụ của TKHT tạo chùm sáng hội tụ như vậy đến thấu kính phân kỳ, hay là tạo vật ảo đối với TKPK

Điều kiện: tiêu điểm vật F của TKPK phải trùng với ảnh điểm S1 do thấu kính hội tụ tạo ra

từ vật sáng điểm S

Nhiệm vụ học tập 5: Sinh viên hãy nêu vai trò của TKHT trong quang hệ để đo tiêu cự của TKPK

và điều kiện để ảnh qua quang hệ hiện đúng trên mặt phẳng của vật S

Sơ đồ thí nghiệm:

Nguyên tắc:

TKPK luôn cho ảnh ảo nếu vật là vật thật, và cho ảnh thật cho một vật ảo thích hợp Người quan sát chỉ có thể thực hiện đo đạc với các ảnh thật (xuất hiện trên màn), do đó để quan sát ảnh thật tạo ra từ TKPK thì cần một vật ảo thích hợp, vật ảo này được tạo từ một thấu kính hội tụ L1

Như vậy: vật S qua TKHT L1 sẽ cho ảnh thật S1 Vì S1 nằm trong vùng không gian vật của TKPK L2 nên sẽ là vật ảo đối với L2, do đó ảnh S2 của S1 qua TKPK L2 sẽ hiện rõ trên màn

Ta xác định được vị trí của S 1 so với L 1 là O 1 S 1, xác định vị trí của L2 để thu được ảnh thật rõ

nét trên màn khi đó ta có được O 1 O 2, vậy vị trí của S1 so với TKPK L2 là O1 1S O O1 2 O2 1S theo

quy ước về dấu của vật ta có d  O2 1S .

Ta cũng xác định được vị trí của ảnh S2 do nó hiện trên màn, nên xác định được d’

Áp dụng công thức thấu kính phân kỳ ta có:

d d

 và d' 0; f 0

Nhiệm vụ học tập 6: Sinh viên trình bày tóm tắt công dụng của các dụng cụ, thiết bị trong bảng

5.1 để xác định tiêu cự thấu kính

Tên dụng

Vật sáng chữ

L

Đóng vai trò là vật AB trong phương pháp chuẩn và phương pháp Silberman

Nguồn sáng Phát sáng.

Là nguồn điểm trong các phương pháp

Thước dài

1m

Xác định vị trí tương đối giữa ảnh, vật, thấu kính Hoặc các phần tử trong quang

hệ

Giữ cho các thấu kính đồng trục

Màn ảnh

Dùng để hứng các ảnh thật trong các phương pháp Silberman; Bessel để đo tiêu

cự của TKHT và phương pháp điểm liên kết để đo tiêu cự của TKPK

Gương

phẳng

Tạo quang hệ dùng trong phương pháp tự

chuẩn

Thấu kính

mỏng

Mẫu cần đo tiêu cự

Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ

Giá mang

thấu kính,

gương, màn

Giá: cố định vị trí của thấu kính trong không gian, góp phần tạo quang hệ đồng

trục

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tổ Vật lý đại cương Thí nghiệm vật lý đại cương 2 trường ĐHSP thành phố Hồ Chí Minh [2] Vũ Thanh Khiết (chủ biên) 2001 Điện học NXB Giáo dục

[3] David Halliday (2010) Cơ sở vật lý Tập 5 NXB Giáo dục