LUẬN văn sư PHẠM vật lý NGHIÊN cứu về PHƯƠNG PHÁP đo THẤU KÍNH và CÁCH GHÉP THẤU KÍNH QUA bộ THÍ NGHIỆM của HÃNG PHYWE

TIÊU ĐIỂM, TIÊU CỰ, MẶT PHẲNG TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH Đối với thấu kính rìa mỏng nếu các tia tới song song với trục chính của một thấu kính hội tụ thì các tia ló của chúng sẽ cùng cắt tr

GV hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Mã số SV: 1090239

Lớp: Sư phạm Vật lý – Tin học Khóa: 35

Cần Thơ, Năm 2013

MỤC LỤC

******

Phần MỞ ĐẦU 5

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 5

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 5

3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 5

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN 5

5 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 5

Bước 1: Nghiên cứu lý thuyết 5

Phần NỘI DUNG 6

Chương 1: THẤU KÍNH MỎNG 6

1.1 ĐỊNH NGHĨA: 6

1.2 TIÊU ĐIỂM, TIÊU CỰ, MẶT PHẲNG TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH 6

1.3 CÔNG THỨC THẤU KÍNH MỎNG 7

1.4 ĐỘ TỤ, TIÊU CỰ, TIÊU ĐIỂM CỦA THẤU KÍNH MỎNG 7

1.5 CÁC TIA ĐẶC BIỆT ĐỘ PHÓNG ĐẠI ẢNH 8

1.6 PHƯƠNG PHÁP ĐO TIÊU CỰ THẤU KÍNH HỘI TỤ VÀ THẤU KÍNH PHÂN KỲ 9

1.6.1 Xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ bằng 3 phương pháp 9

1.6.1.1 Phương pháp tự chuẩn 9

1.6.1.2 Phương pháp Sibermen 9

1.6.1.3 Phương pháp Bessel 10

1.6.2 Xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ bằng 2 phương pháp 10

1.6.2.1 Phương pháp tự chuẩn 10

Chương 2: NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC 12

Chương 3: CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC 15

3.1 KÍNH LÚP 15

3.1.1 Định nghĩa 15

3.1.1.1 Cấu tạo 15

3.1.1.2 Cách ngắm chừng ở điểm cực cận và cách ngằm chừng ở vô cực 15

3.1.1.3 Độ bội giác của kính lúp 15

3.2 KÍNH HIỂN VI 16

3.2.1 Định nghĩa 16

3.2.1.1 Cấu tạo: 16

3.2.2 Độ bội giác của kính hiển vi 18

3.2.3 Năng suất phân li của kính hiển vi 18

3.3 KÍNH THIÊN VĂN 18

3.3.1 Cấu tạo 18

3.3.2 Ngắm chừng qua kính thiên văn 19

3.3.3 Độ bội giác 20

3.3.4 Năng suất phân li của kính thiên văn 20

3.3.4.1 Kính Thiên văn Galile 20

3.3.4.2 Cải tiến của Kepler 22

3.4 MÁY CHIẾU 24

3.4.1 Cơ chế 24

3.4.2 Tiêu cự dài điều chỉnh 24

3.4.3 Chiếu sáng 25

3.4.4 Lịch sử 25

3.4.5 Sử dụng trong giáo dục 25

3.4.6 Cách tính kích thước màn hình và khoảng cách cho máy chiếu 25

Chương 4: NĂNG SUẤT PHÂN LI VÀ SAI SỐ 27

4.1 NĂNG SUẤT PHÂN LI CỦA DỤNG CỤ QUANG HỌC 27

4.1.1 Định nghĩa 27

4.2 SAI SỐ 27

4.2.1 Khái niệm sai số: 27

4.2.2 Sai số hệ thống 28

4.2.2.1 Sai số đo phương pháp 28

4.2.2.2 Sai số ngẫu nhiên 28

4.2.2.2.1 Khái niệm thống kê và sai số ngẫu nhiên 28

4.2.2.2.1.1 Xác suất xảy ra cực đại (tần số xuất hiện cực đại) ở giá trị trung bình xcủa tất cả kết quả đo 28

4.2.2.2.1.2 Xác suất giảm một cách đối xứng hai bên điểm cực đại, nghĩa là các sai số ngẫu nhiên bằng nhau và trái dấu có cùng xác suất 29

4.2.2.2.1.3 Bằng lí thuyết xác suất, người ta đã tính được rằng với tần số đo vô cùng lớn, kết quả đo sẽ có: 29

4.2.2.2.1.3.1 Độ lệch chuẩn 29

4.2.2.2.1.3.2 Sai số chuẩn ζm 29

4.2.2.3 Sai số tuyệt đối và sai số tương đối 29

4.2.2.3.1 Sai số tuyệt đối 29

4.2.2.3.2 Sai số tuyệt đối 30

4.2.2.3.3 Làm tròn sai số 30

4.2.2.3.3.1 Chữ số có ý nghĩa 30

4.2.2.3.3.2 Làm tròn số và viết kết quả 30

4.2.2.3.3.2.1 Làm tròn số 30

4.2.2.3.3.2.2 Làm tròn sai số khi tính toán 30

4.3 CÁCH VIẾT KẾT QUẢ 31

4.3.1 Sai số trong phép đo gián tiếp 31

4.3.1.1 Nguyên tắc chung về sai số 31

4.3.1.2 Trường hợp G là các hàm tuyến tính của các đại lượng Gi 31

Chương 5: MÔ TẢ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 32

5.1.1 Bộ thí nghiệm 32

Chương 6: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 36

6.1 THAO TÁC CHUẨN BỊ 36

6.1.1 Lắp ráp và tiến hành thí nghiệm 36

6.1.1.1 Một chùm ánh sáng song song được tạo ra với bóng đèn và cái tụ đôi 36

6.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 38

Phần KẾT LUẬN 42

Phần MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

 Do nhu cầu đổi mới phương pháp giảng dạy và học tập trong nhà trường phổ thông và tầm quan trọng của việc nghiên cứu khoa học bằng thực nghiệm nên, cũng như tính thực nghiệm của việc nghiên cứu tính chất của ánh sáng thông qua hiện tượng

tán sắc ánh sáng nên tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu về các định luật về thấu kính và các thiết bị quang học bằng bộ thí nghiệm LEP 2102 – 00 do hãng PHYWE sản xuất” để thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiệm lại các định luật thấu kính và các thiết bị quang học bằng bộ thí nghiệm

- So sánh những ưu khuyết điểm của bộ sản phẩm của hãng PHYWE với bộ dụng

cụ cũ trong phần thực hành quang trước đo

3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

- Xác định tiêu cự của một thấu kính lồi bằng cách đo khoảng cách giữa ảnh và vật bằng phương pháp Bessel

- Xây dựng các mô hình dụng cụ quang học:

 Máy chiếu phim; quy mô hình ảnh đưuọc xác định

 Kính hiển vi; độ phóng đại được xác định

 Kính thiên văn Kepler

 Kính thiên văn Galileo

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN

- Phương pháp thực hiện đề tài này là phương pháp thực nghiệm vì phương pháp này mang tính khách quan, dễ dàng kết luận về hiện tượng đang nghiên cứu

- Phương tiện chủ yếu để thực hiện đề tài là bộ sản phẩm thí nghiệm LEP 2102_00 của hãng PHYWE, bên cạnh đó cũng tham khảo thêm từ nguồn học liệu của các giáo trình có liên quan đến các bài thí nghiệm trên

5 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Bước 1: Nghiên cứu lý thuyết

Bước 2: Lắp ráp và vận hành thí nghiệm

Bước 3: Tiến hành đo đạc, lấy số liệu thực nghiệm

Bước 4: Phân tích số liệu và hoàn thành đề tài

Bước 5: Báo cáo đề tài

Thấu kính mỏng là thấu kính có khoảng cách giữa hai đỉnh của 2 chỏm cầu rất nhỏ

so với bán kính của các mặt cầu O1O2 « R1R2

Ta chỉ xét trường hợp thấu kính mỏng có mặt cầu, đặt trong một môi trường đồng tính và gọi n là chiết suất tỉ đối của thấu kính với môi trường đó

Căn cứ vào hình dạng và tác dụng của các thấu kính, người ta phân thấu kính ra làm hai loại: thấu kính hội tụ (thấu kính rìa mỏng) và làm thấu kính phân kỳ(thấu kính rìa dày)

Đường thẳng đi qua tâm và các đỉnh của các mặt cầu gọi là trục chính, các đường thẳng đi qua tâm nhưng không đi qua đỉnh gọi là trục phụ Khi thấu kính khá mỏng ta xem như O trùng O1 trùng O2 Điểm O được gọi là quang tâm

1.2 TIÊU ĐIỂM, TIÊU CỰ, MẶT PHẲNG TIÊU CỰ CỦA THẤU

KÍNH

Đối với thấu kính rìa mỏng nếu các tia tới song song với trục chính của một thấu kính hội tụ thì các tia ló của chúng sẽ cùng cắt trục chính tại tiêu điểm chính của thấu kính

Theo nguyên lý về tính thuận nghịch của chiều truyền của ánh sáng, nếu tia tới đi qua tiêu điểm chính của thấu kính hội tụ thì tia ló sẽ song song với trục chính

Đối với thấu kính rìa dày(thấu kính phân kỳ), khi chùm tia tới song song với trục chính thì chùm tia ló sẽ phân kỳ và đường kéo dài của các tia ló ra phía trước thấu kính

sẽ cắt trục chính tại một điểm F’, gọi là tiêu điểm chính của thấu kính phân kỳ Ta gọi tiêu điểm chính này là một tiêu điểm ảo

Phần giữa của thấu kính, nằm giữa hai đỉnh của hai chỏm cầu coi như một bản trong suốt rất mỏng có hai mặt song song với nhau Hai đỉnh của chỏm cầu coi gần như trùng với nhau tại đó Tia sáng đi qua điểm này sẽ truyền thẳng Điểm này gọi là quang tâm của thấu kính và được kí hiệu bằng chữ O

Các đường thẳng đi qua quang tâm O và không trùng với trục chính được gọi là các trục phụ

Thực nghiệm cho thấy mỗi thấu kính mỏng có 2 tiêu điểm chính nằm đối xứng với nhau ở hai bên quang tâm Chúng được kí hiệu bằng chữ F và F’ Một tiêu điểm gọi là tiêu điểm vật (F) còn tiêu điểm kia gọi là tiêu điểm ảnh (F’)

Tiêu điểm ảnh là điểm mà tia ló (hoặc đường kéo dài của nó) sẽ đi qua, nếu tia tới song song với trục chính Còn tiêu điểm vật (F) là tiêu điểm mà khi tia tới qua đó sẽ cho một tia ló song song với trục chính Rõ ràng là sự phân định này phụ thuộc vào chiều của tia tới

Khoảng cách f từ quang tâm đến các tiêu điểm chính gọi là tiêu điểm của thấu kính

F = OF = OF’ (1.1) Thực nghiệm cho thấy nếu chùm tia tới song song với một trục phụ của một thấu kính hội tụ thì chùm tia ló sẽ hội tụ tại một điểm '

1

F trên trục phụ đó, đó là một tiêu điểm phụ của thấu kính hội tụ

Đối với thấu kính phân kì, khi chùm tia tới song song với một trục phụ thì chùm tia

ló sẽ là chùm tia phân kì mà đường kéo dài của các tia ló về phía trước thấu kính đồng

quy tại một điểm trên trục phụ đó, đó là một tiêu điểm phụ của thấu kính phân kì Tiêu điểm này là tiêu điểm ảo

Có vô số tiêu điểm phụ: Các tiêu điểm phụ đều nằm trên một mặt phẳng vuông góc với trục chính Mặt phẳng được gọi là tiêu diện của thấu kính Mỗi thấu kính có hai tiêu diện nằm ở hai bên quang tâm

1.3 CÔNG THỨC THẤU KÍNH MỎNG

Vì thấu kính là mỏng nên ta có thể xem như O1 và O2 trùng với quang tâm O, nên ta

có công thức của thấu kính mỏng:

2 2 1

1 1

' 2

R

n n R

n n d

n d

0 '

111

1

R R n

n n d

1111

1

R R

n d

1.4 ĐỘ TỤ, TIÊU CỰ, TIÊU ĐIỂM CỦA THẤU KÍNH MỎNG

Độ tụ của thấu kính mỏng bằng tổng độ tụ của 2 mặt cầu khúc xạ giới hạn nó

2 2 1

1 2

1

R

n n R

2 '

'

R

n n R

n n

n OF

R

n n R

n n

n OF

'

n

f n

f

Điều này chứng tỏ hai tiêu điểm F và F’ luôn luôn nằm

ở 2 phía của thấu kính vì n1, n2 luôn luôn dương

Với thấu kính hội tụ ta có Ф > 0 và f’ > 0 trong trường hợp này F’ là tiêu điểm thật Với thấu kính hội tụ ta có Ф < 0 và f’ < 0 trong trường hợp này F’ là tiêu điểm ảo Khi thấu kính đặt trong môi trường đồng chất ta có n1=n2=n0 ta có:

11

R R n

Khi thấu kính đặt trong không khí ta có n1=n2=n0=1 ta có:

111

R R

1.5 CÁC TIA ĐẶC BIỆT ĐỘ PHÓNG ĐẠI ẢNH

Để vẽ ảnh qua thấu kính mỏng ta thường sử dụng các tia đặc biệt sau

Tia tới song song với trục chính cho tia ló (hay đường kéo dài của tia ló) qua tiêu điểm chính F’

Tia tới qua quang tâm O sẽ truyền thẳng Độ phóng đại ảnh của vật qua thấu kính được xác định theo tỉ số:

d

d y

1.6 PHƯƠNG PHÁP ĐO TIÊU CỰ THẤU KÍNH HỘI TỤ VÀ THẤU KÍNH PHÂN KỲ

1.6.1 Xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ bằng 3 phương pháp

+ Lặp lại thí nghiệm nhiều lần Tính giá trị trung bình của f và sai số ∆f

Cách 2: Xác định tiêu cự bằng công thức

'

'

d d

d d f





- Bố trí đèn chiếu, dias chữ L (làm vật), thấu kính hội tụ, màn chắn nằm dọc trên băng quang học sao cho tâm đèn chiếu, tâm chữ L và tâm màn cùng nằm trên trục chính của thấu kính

- Ban đầu đặt vật cách thấu kính khoảng d rồi lại di chuyển tới vị trí ảnh rõ nét của vật trên màn

- Cần di chuyển màn ảnh từ xa lại gần cho tới vị trí mà mắt thấy có ảnh rõ nét của vật sáng trên màn ảnh Đo khoảng cách từ thấu kính tới màn ảnh ta được d = ……

- Thí nghiệm nhiều lần với d không đổi ta thấy khoảng cách ảnh d’ nằm trong khoảng hai giá trị giới hạn '

d d

d d f



max

' min min

d d

d d f

- Đo khoảng cách từ vật đến màn ta tính được tiêu cự của thấu kính f = L/4

- Lặp lại thí nghiệm nhiều lần Tính giá trị trung bình của f và tính sai số ∆f

- Thấu kính phân kì:

+ Dụng cụ: như ở trên nhưng thêm một thấu kính phân kì cần xác định tiêu cự + Lắp ráp và tiến hành: Bố trí đèn, vật, thấu kính phân kì, thấu kính hội tụ và màn ảnh thành hàng dọc trên băng quang học giống như ở thí nghiệm 1.b

+ Dịch chuyển màn để thu được ảnh rõ nét trên màn

+ Đo khoảng cách d từ vật đến thấu kính phân kì và đánh dấu vị trí thấu kính phân kì, giữ nguyên vị trí của thấu kính hội tụ và màn ảnh Bỏ màn ảnh ra rồi dịch chuyển vật sáng lại gần thấu kính hội tụ cho đến vị trí mà ảnh của vật lại hiện rõ nhất trên màn ảnh

+ Đo khoảng cách d’ từ vật sáng đến thấu kính phân kì (đã đánh dấu)

+ Tính tiêu cự của thấu kính phân kì theo công thức:

'

'

d d

d d f



 (d’ < 0)

- Di chuyển thấu kính trong khoảng AM ta sẽ thu được hai vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét trên màn (vị trí 1 cho ảnh lớn, vị trí 2 cho ảnh nhỏ): Gọi a là khoảng cách giữa hai vị trí đó Ghi giá trị a vào bảng 1.3

- Lúc đó tiêu cự của thấu kính là:

D

a D f

Chú ý: Để gương sát thấu kính cho tập trung ánh sáng

- Di chuyển đồng thời cả 3 quang cụ (tay trái cằm thấu kính hội tụ O, tay phải cằm thấu kính phân kỳ O’ và gương phẳng G) sao cho ảnh của vật qua hệ rõ nét trên mặt phẳng vật Ghi khoảng cách OO’ giữa hai thấu kính vào bảng 1.3

- Giữ nguyên vị trí thấu kính hội tụ O Lấy thấu kính phân kỳ O’ ra khỏi giá quang học Quay gương G để làm màn ảnh M rồi di chuyển màn ra xa sao cho ảnh của vật qua thấu kính hội tụ rõ nét trên màn Ghi khoảng cách OM vào bảng 1.3

Vật hình L

Thấu kính hội tụ O

Thấu kính phân kỳ O’

Gương phẳng G Giá quang học

Màn M Thấu kính hội tụ O

Giá quang học

Vật hình L

- Di chuyển thấu kính hội tụ O sao cho trên màn M có ảnh nhỏ và rõ nét

- Đặt thấu kính phân kỳ O’ gần màn M (nhƣ hình 1.4) Khi đó ảnh thật qua thấu kính hội tụ ở trên đóng vai trò vật ảo của thấu kính phân kỳ Ghi giá trị d = - O’M vào

bảng 1.5

Hình 1.4

- Giữ nguyên thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ Xê dịch màn M ra xa sao cho

có ảnh rõ nét trên màn Ghi khoảng cách d’ từ thấu kính phân kỳ đến màn M vào bảng

1.5

Lúc đó tiêu cự của thấu kính phân kỳ là:

'

'

d d

d d f

d d

d d f

Chương 2: NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG

HÌNH HỌC

2.1 ĐỊNH LUẬT TRUYỀN THẨNG CỦA ÁNH SÁNG

Trong môi trường trong suốt, đồng tính và đẳng hướng ánh sáng truyền theo

Hình 2.1 Sự nhiễu xạ ánh sáng qua lỗ tròn

Định luật truyền thẳng ánh sáng cho phép giải thích nhiều hiện tượng thục tế như nhật thực, nguyệt thực,…

Hình 2.2 Hiện tượng nguyệt thực

2.2 ĐỊNH LUẬT VỀ TÁC DỤNG ĐỘC LẬP CỦA CÁC TIA SÁNG

Tác dụng của các chùm tia sáng khác nhau là độc lập với nhau, nghĩa là tác dụng của một chùm sáng này không phụ thuộc vào sự có mặt hay không của các chùm sáng khác

Như vậy, các chùm tia sáng khi gặp nhau không làm nhiễu loạn lẫn nhau, nghĩa là chúng cắt nhau nhưng không cản trở sự lan truyền của mỗi ánh sáng

Cần chú ý rằng định luật này chỉ đúng với các chùm tia sáng có cường độ không lớn lắm như các tia sáng phát ra từ nguồn sáng thông thường Còn đối với các chùm tia sáng có cường độ lớn như laze định luật trên không còn đúng nữa

2.4.2 Chiết suất tỷ đối, chiết suất tuyệt đối và môi liên hệ giữa chúng

Ta cũng có thể viết biểu thức (2.2) của định luật khúc xạ dưới một dạng khác bằng

cách đưa vào khái niệm chiết suất tuyệt đối

Thực nghiệm chứng tỏa rằng, chiết suất tỷ đối có giá trị bằng:

2

1 21

v

v

n  (2.3) Trong đó v1,v2 là vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường 1 và 2

Gọi c là vận tốc truyền ánh sáng trong chân không, v là vận tốc truyền ánh sáng trong một môi trường nào đó thì ta có chiết suất tuyệt đối của môi trường đó là:

v

c

n (2.4) Gọi n1, n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1 và 2, n21 là chiết suất tỷ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1 Ta có:

1 2 1 2 1 2 1 2

1 21

1

n

n n

n c

v v

c v

n

n

n  (2.6) Thay vào (2.5) và (2.2) ta có định luật khúc xạ được viết dưới dạng khác là:

2 21

sin

sin

n

n n r

i   (2.7)

2.4.3 Hiện tượng phản xạ toàn phần

Từ biểu thức định luật khúc xạ (2.7) ta thấy:

Nếu n1 < n2 thì i > r Như vậy mọi tia tới đều cho tia khúc xạ Còn n1 > n2 thì i < r Trong trường hợp này không phải mọi tia tới đều cho tia khúc xạ Khi góc tới i đạt một giá trị igh nào đó thì góc khúc xạ

Gọi igh được gọi là giới hạn phản xạ toàn phần và nó được xác định bởi biểu thực:

Kính lúp đơn giản nhất là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn thông thường từ 1,2cm đến 5cm

3.1.1.1 Cấu tạo

Kính lúp là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn, khoảng 1,2cm đến 5cm Nó là một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc nhìn khi quan sát các vật nhỏ ở gần (vì nó tạo ra ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật)

3.1.1.2 Cách ngắm chừng ở điểm cực cận và cách ngằm chừng ở vô cực

Đặt vật nằm trong tiêu điểm của kính vật sẽ cho ảnh ảo cùng chiều và lớn hơn vật

Hình 3.1 Ngắm chừng qua kính lúp Nếu điều chỉnh để ảnh A’B’ hiện lên ở điểm cực cận của mắt thì cách quan sát này gọi là cách ngắm chừng ở điểm cực cận

Thông thường, để cho mắt đỡ bị mỏi, người quan sát điều chỉnh để ảnh của vật nằm

ở điểm cực viễn Cv của mắt Vì đối với các mắt không có tật thì điểm cực viễn ở vô cực, nên cách quan sát này gọi là cách ngắm chừng ở vô cực

Muốn quan sát một vật nhỏ qua kính lúp, ta phải đặt vật trong khoảng từ tiêu điểm vật đến quang tâm của kính để có một ảnh ảo Mắt được đặt sau kính để quan sát ảnh

ảo đó Phải điều chỉnh vị trí của vật hoặc kính để cho ảnh ảo này hiện trong giới hạn nhìn rõ của mắt Nếu điều chỉnh để ảnh A’B’ hiện lên ở điểm cực cận của mắt thì cách quan sát này gọi là cách ngắm chừng ở điểm cực cận Thông thường, để cho mắt đỡ bị mỏi, người quan sát điều chỉnh để ảnh của vật nằm ở điểm cực viễn CV của mắt Vì đối với các mắt không có tật thì điểm cực viễn ở vô cực, nên cách quan sát này gọi là cách ngắm chừng ở vô cực

3.1.1.3 Độ bội giác của kính lúp

Người ta gọi độ bội giác G của một dụng cụ quang học bỗ trợ cho mắt là tỉ số giữa góc trông ảnh của một vật qua dụng cụ đó với góc trông trực tiếp vật đó khi vật đặt ở điểm cực cận của mắt:

G (3.2)

Độ bội giác của một dụng cụ quang học (kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn…) là

tỷ số giữa tang của góc nhìn vật qua kính (tgα) và tang của góc nhìn vật ở điểm cực cận (tgα0)khi không có kính:

25,0

f f

l tg

Muốn có G∞ lớn thì f phải nhỏ Cách ngắm chừng ở vô cực không những giúp cho mắt không phải điều tiết mà còn làm cho độ bội giác của kính không phụ thuộc vị trí đặt mắt Đối với các kính lúp thông dụng,Gcó giá trị từ 2,5 đến 25 Giá trị này

thường được ghi ngay trên vành kính Thí dụ: X2.5, X5, v.v

Hình 3.4 Kính hiển vi

- Vật kính O1 là một thấu kính hội tụ có tiêu cự rất ngắn, dùng để tạo ra một ảnh thật rất lớn của vật cần quan sát

- Thị kính O2 cũng là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn, dùng như một kính lúp

để quan sát ảnh thật nói trên

- Hai kính được gắn ở hai đầu một ống hình trụ sao cho trục chính của chúng trùng nhau và khoảng cách giữa chúng không đổi

- Ngoài ra, còn có bộ phận tụ sáng dùng để chiếu sáng vật cần quan sát Bộ phận tụ sáng có thể đơn giản là một gương cầu lõm G

- Cách ngắm chừng

Vật AB cần quan sát đặt ngoài và rất gần tiêu điểm F1 của vật kính cho ảnh thật A’B’ ngược chiều và lớn hơn vật Ảnh A’B’ nằm trong tiêu điểm F2 của thị kính cho ảnh ảo A”B” ngược chiều và rất lớn so với vật AB.(Hình 3.5)

Ngắm chừng ở vô cực là điều chỉnh để cho ảnh A”B” nằm ở vô cực, khi đó A’B’

nằm trên tiêu diện thứ nhất của thị kính (Hình 3.6)

(Coi quang tâm thị kính trùng với quang tâm mắt)

Trong đó β là độ phóng đại ảnh qua hệ hai kính, β1 là độ phóng đại của vật kính, β2

là độ phóng đại của thị kính

Khi ngắm chừng ở vô cực

2 ' 1

0

f f

l

G  

 (3.8)Trong đó l0 là khoảng nhìn tốt nhất (thông thường l0 = 25cm), '

1

f , ' 2

f lần lượt là tiêu

cự thứ hai của vật kính và thị kính; ' 2

1F F



 là khoảng cách từ tiêu điểm chính thứ hai

của vật kính đến tiêu điểm chính thứ nhất của thị kính được gọi là độ dài quang học

của kính hiển vi

3.2.3 Năng suất phân li của kính hiển vi

Năng suất phân li của một dụng cụ quang học là đại lượng đặt trưng cho khả năng phân biệt được những chi tiết gần nhau của vật quan sát

Đối với kính hiển vi quan sát các vật ở gần, năng suất phân li được đo bằng nghịch đảo của khoảng cách bé nhất δy giữa hai điểm mà ta có thể phân biệt được khi nhìn qua kính

Năng suất phân li của kính hiển vi là:

u

u n y

r

61,0

sin

1 



 (3.9) Trong đó n là chiết suất của môi trường đặt vật, u là góc nghiêng lớn nhất của chùm tia sáng chiếu vào vật kính, λ là bước sóng của ánh sáng, δy là khoảng cách bé nhất giữa hai điểm trên vật mà ta có thể quan sát được

Để tăng năng suất phân li của kính hiển vi người ta thường chế tạo vật kính sao cho vật quan sát đặt gần vật kính để tăng góc u Ngoài ra để tăng chiết suất n người ta nhúng chìm vật kính và vật quan sát trong đầu trong suốt hoặc giảm bước sóng λ

3.3 KÍNH THIÊN VĂN

3.3.1 Cấu tạo

Kính thiên văn là dụng cụ quang học bỗ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của những vật ở rất xa (các thiên thể)

Kính thiên văn có hai bộ phận chính là vật kính L1 và thị kính L2 được ghép đồng trục trong một ống

Hình 3.7

Vật kính L1 là hệ thấu kính có độ tụ dương và tiêu cự lớn Thị kính L2 là hệ quang học có độ bội giác lớn, có thể dịch chuyển được Nếu thị kính có độ tụ dương thì ảnh thu được qua hệ sẽ ngược chiều với vật

Hệ gồm vật kính và thị kính có độ tụ dương gọi là Keepsle Kính thiên văn là một

hệ Kếple Khi quan sát thiên thể thì ảnh ngược chiều nhưng không gây ra cản trở gì

Hệ gồm vật kính và thị kính có độ tụ âm gọi là Galilê Các ống nhòm thường là một

hệ Galilê

3.3.2 Ngắm chừng qua kính thiên văn

Ngắm chừng qua kính thiên văn là điều chỉnh khoảng cách từ vật kính đến thị kính sao cho ảnh A2B2 nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt Nếu ảnh A2B2 hiện lên ở vô cực gọi là ngắm chừng ở vô cực

Vật AB (chẳng hạn như một đường kính AB của Mặt Trăng) coi như ở vô cực, qua vật kính cho một ảnh thật A1B1 nằm ở tiêu diện ảnh F1 của vật kính Thị kính được dùng như một kính lúp để quan sát ảnh A2B2 Ảnh cuối cùng A2B2 là một ảnh ảo Người quan sát đặt mắt sát sau thị kính và quan sát ảnh A2B2 Phải điều chỉnh kính (thay đổi khoảng cách O1O2 giữa vật kính và thị kính) sao cho ảnh A2B2 nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt

Kính thiên văn có hai bộ phận chính là vật kính và thị kính Vật kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự dài Thị kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn Hai kính được lắp cùng trục, ở hai đầu của một ống hình trụ Khoảng cách giữa chúng có thể thay đổi được

Vật AB (chẳng hạn như một đường kính AB của Mặt trăng) , coi như ở vô cực qua vật kính cho một ảnh thật A1B1 nằm ở tiêu diện ảnh F’1 của vật kính Thị kính được dùng như một kính lúp để quan sát ảnh A1B1 Ảnh cuối cùng A2B2 là một ảnh ảo Người quan sát đặt mắt sát sau thị kính và quan sát ảnh A2B2 Phải điều chỉnh kính (thay đổi khoảng cách O1O2 giữa vật kính và thị kính) sao cho ảnh A2B2 nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt

Hình 3.8 Ngắm chừng ở vô cực

Trong cách ngắm chừng ở vô cực, người quan sát điều chỉnh để ảnh A2B2 ở vô cực Lúc đó, ảnh A1B1 nằm ở tiêu diện vật F2 của thị kính Như vậy tiêu điểm ảnh F1 của vật kính sẽ trùng với tiêu điểm của vật F2 của thị kính Lúc này, góc trông ảnh cuối cùng qua kính chính là góc A1O2B1; còn góc trông vật AB khi không dùng kính đúng bằng góc A1O1B1

Ngoài loại kính thiên văn nêu trên, còn nhiều loại kính khác mà ta không xét ở đây Những ống nhòm quân sự, ống ngắm trắc địa cũng có nguyên tắc cấu tạo với kính thiên văn

3.3.3 Độ bội giác

- Ta có độ bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực là:

' 2

' 1

f

f

G (3.10) '

1

f , '

2

f là tiêu cự thứ hai của vật kính và thị kính

3.3.4 Năng suất phân li của kính thiên văn

- Năng suất phân li của kính thiên văn là:

3.3.4.1 Kính Thiên văn Galile

Chỉ vài tháng sau, năm 1609, nhà bác học vĩ đại Galileo Galilei (1564-1642), từ nước Ý xa xôi, nghe mô tả về chiếc ống Lippersey và đã thử làm một chiếc tương tự Với kỹ năng khéo léo, chỉ vài ngày sau ông đã có một chiếc kính Lippershey Không hài lòng về chiếc kính này, cũng như giới làm kính thiên văn nghiệp dư bây giờ, ông thử làm ống kính dài hơn, lớn hơn, dùng nhiều loại kính khác nhau và cuối cùng, nâng

độ phóng đại của kính lên đến khoảng 30 lần

Ống kính của ông dài khoảng 1,3m tức là vật kính có tiêu cự 130cm và thị kính 4 – 5cm

Hình 3.10

Với tính tò mò của nhà khoa học, ông đã hướng ống kính của mình lên bầu trời đêm và đã vô cùng ngạc nhiên khi nhận ra vô số vết rỗ (lồi lõm) trên Mặt trăng, sao Kim có dạng lưỡi liềm tựa như một mặt trăng bé xíu và sao Thổ tựa như một chiếc tách có 2 quai!

Ông đã phát hiện sao Mộc có 4 vệ tinh bao quanh và Mặt trời cũng có chuyển động

tự quay qua nghiên cứu các đốm đen mặt trời

Những điều này là bằng chứng thuyết phục, củng cố cho Thuyết Nhật tâm của Nicolai Copernics.Trái đất không còn là “cái rốn” của vũ trụ nữa, mà chỉ là một trong những hành tinh quay quanh mặt trời

Từ đây, chúng ta sẽ sẽ gọi nó là Kính Thiên văn vì trong phạm vi bài viết này chúng

ta chỉ quan tâm đến các kính viễn vọng dùng trong mục đích thiên văn

Bản vẽ Mặt trăng của Galile

Hình ảnh sao Mộc và sao Thổ qua kính Galile có lẽ giống như vậy (Ảnh HAAC) Bản vẽ sao Mộc và 4 vệ tinh của Galile (Io, Europa, Ganymede, Calisto)

Bản vẽ sao Mộc và 4 vệ tinh của nó mà Galile quan sát được

Bản vẽ của Galile về Sao Thổ ông quan sát được