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
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 BÀI 5: TIÊU TRẮC Họ tên: Nguyễn Lê Thục Hân Lớp: Chiều thứ MSSV: 46.01.102.013 Nhóm: Ngày làm TN: 14/10/2022 Ngày nộp báo cáo: 15/10/2022 Hiện diện Điểm MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Khảo sát tạo ảnh vật qua thấu kính mỏng thực hành cách đo tiêu cự thấu kính mỏng BỐ TRÍ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Tên dụng cụ Hình ảnh minh họa Cơng dụng Vật sáng chữ L Đóng vai trị vật AB phương pháp chuẩn phương pháp Silberman Nguồn sáng Phát sáng Là nguồn điểm phương pháp Thước dài 1m Xác định vị trí tương đối ảnh, vật, thấu kính Hoặc phần tử quang hệ Giữ cho thấu kính đồng trục BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Màn ảnh Dùng để hứng ảnh thật phương pháp Silberman; Bessel để đo tiêu cự TKHT phương pháp điểm liên kết để đo tiêu cự TKPK Gương phẳng Tạo quang hệ dùng phương pháp tự chuẩn Thấu kính mỏng Mẫu cần đo tiêu cự Thấu kính hội tụ thấu kính phân kỳ Giá mang thấu kính, gương, Giá: cố định vị trí thấu kính khơng gian, góp phần tạo quang hệ đồng trục BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 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 khoảng tiêu cự f cho ảnh thật S’ vơ cùng, khơng thể hứng ảnh Nếu đặt gương phẳng vị trí sau thấu kính thu ảnh thật vơ cùng, ảnh vật ảo thấu kính hội tụ, nên cuối hệ cho ảnh thật nằm tiêu điểm Nếu vật đặt tiêu điểm TKHT, qua hệ thấu kính - gương phẳng thu ảnh thật nằm vị trí vật (tiêu điểm) ngược chiều với vật 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 giá cho ảnh cuối S’A’ lại rõ mặt phẳng vật S Bước 4: Đo khoảng cách từ vật đến TK tiêu cự Tức f = SO Đo lần d=f Bảng số liệu: Phương pháp tự chuẩn Lần đo TB f SO cm f cm 19,5 19,4 19,5 19,5 19,48 0,02 0,08 0,02 0,02 0,035 Xử lý số liệu: f f f dc 0,035 0,1 0,135cm Vậy f 0,135 6,9.103 0, 69% f 19, 48 f f f 19, 480 0,135 cm BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 3.1.2 Phương pháp Silberman Sơ đồ thí nghiệm: B I F A F’ O A’ B’ Xét cặp tam giác đồng dạng: AOB : A ' OB ' , ta có tỉ lệ: AB OA A ' B ' OA ' (1) Xét tiếp cặp tam giác đồng dạng: OIF ' : A ' B ' F ' , ta lại có tỉ lệ: OI OF ' A' B ' F ' A' (2) OA OF ' OA ' F ' A ' (3) Vì OI = AB, nên suy được: Vì F’A’+OF’ = OA’ nên F’A’ = OA’ - OF’, vậy: OA OF ' 1 1 OA ' OA ' OF ' OA OA ' OF ' OF 1 OA OA ' OF (4) Khi OA = 2f = 2OF, vật nằm ngồi khoảng tiêu cự TKHT nên thu ảnh thật, thay vào (4) ta có: 1 OA ' f OA f OA ' f Theo công thức (1), ta suy được: AB 2f AB A ' B ' A' B ' f Vậy đặt vật cách TKHT đoạn 2f ta thu ảnh thật có kích thước vật Các bước tiến hành: Bước 1: Sử dụng vật sáng chữ “L” Bước 2: Đặt thấu kính cho thu ảnh thật Bước 3: Di chuyển thấu kính ảnh vật, SO = SO’ (TK nằm vị trí trung tâm vật màn) BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG Bước 4: Xác khoảng cách vật SS’ Đo Bảng số liệu: Phương pháp Silberman SS ' cm Lần đo 78,8 78,9 78,8 78,7 TB 78,80 f HKII 2021 - 2022 SS ' Đo lần Xử lý số liệu: SS ' SS ' SSdc' 0, 05 0,1 0,15cm SS ' SS ' SS ' 78,8 0,15 78,95cm SS ' 78,8 19, 7cm 4 SS ' 0,15 f 0, 038cm 4 f 0, 038 = 1,9.103 0,19% 19, f f Vậy f f f 19, 700 0, 038 cm 3.1.3 Phương pháp Bessel Sơ đồ thí nghiệm SS ' cm 0,0 0,1 0,0 0,1 0,05 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Vật AB (cố định) qua TKHT (di động được) cho ảnh thật A’B’ D (cố định), chúng phải thỏa mãn hệ thức (4) lập nhiệm vụ 2: 1 OA OA ' OF Trong có OA x; OA ' D x , vậy: 1 x Dx Df x Dx f (1) Phương trình (1) có hai nghiệm ta thu hai vị trí đặt thấu kính để nhận ảnh rõ nét ảnh D (được cố định); điều kiện để (1) có hai nghiệm phân biệt: D Df D f Các bước tiến hành: Bước Đặt M vị trí cố định xa nguồn S Đo D khoảng cách vật - Bước Di chuyển thấu kính giá, tìm hai vị trí thấu kính ảnh rõ Vị trí cho ảnh lớn, vị trí cho ảnh nhỏ Đo khoảng cách l vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét Bước Tính f theo cơng thức: Bảng số liệu: D cm Lần đo TB 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 f D2 l 4D Phương pháp Bessel D cm l cm l cm 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 47,7 47,6 47,8 47,7 47,7 0,0 0,1 0,1 0,0 0,05 Xử lý số liệu: l l ldc 0, 05 0,1 0,15 cm 2 D l 1002 47, f 19,312 cm 4.100 4D f D D.D l l 0,1 100.0,1 47, 7.0,15 5, 4.103 0,54% 2 2 100 100 47, f D D l f f 5, 4.10 3.19,312 0,104 cm 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 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Sơ đồ thí nghiệm: + Với TKPK, vật thật cho ảnh ảo nên không hứng TKPK cho ảnh thật với điều kiện sau: Vật ảo khoảng cách từ vật ảo đến thấu kính nhỏ tiêu cự + Nếu chùm tia tới có đường kéo dài qua tiểu điểm vật cho chùm tia ló song song Vai trị TKHT: + Để tạo ảnh thật TKPK, ta dùng thêm TKHT đặt phía trước với tác dụng tạo vật ảo cho TKPK Nếu chùm tia tới TKPK có đường kéo dài qua tiêu điểm vật F cho chùm tia ló song song, dùng gương để phản xạ chùm tia ló cho ảnh cuối xuất mặt phẳng vật S Vậy PP làm cho S1 trùng với tiêu điểm vật F2 Thực chất tiêu cự TKPK khoảng cách từ L2 đến S1 Nhiệm vụ TKHT tạo chùm sáng hội tụ đến thấu kính phân kỳ, tạo vật ảo TKPK Điều kiện: tiêu điểm vật F TKPK phải trùng với ảnh điểm S thấu kính hội tụ tạo từ vật sáng điểm S Các bước tiến hành: Bước 1: Xác định vị trí đặt thấu kính L1 để thu ảnh S1 nằm với kích thước nhỏ Cố định L1 Xác định khoảng cách L1S1 D1 Bước 2: Đặt L2 L1 S1, lấy chắn ra, sau đặt gương M sau L2 Bước 3: Di chuyển L2 cho ảnh cuối S1’ lại rõ mặt phẳng S Bước 4: Đo L1 L2 D2 Bước 5: Tính f L1S1 L1L2 (Do tiêu cự TKPK âm nên ta lấy f âm) Bảng số liệu: Phương pháp tự chuẩn L1S1 cm L1S1 cm L1 L2 cm L1 L2 cm Lần đo 25,5 0,0 2,2 0,02 25,4 0,1 2,1 0,08 25,5 0,0 2,2 0,02 25,6 0,1 2,2 0,02 TB 25,5 0,05 2,18 0,035 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Xử lý số liệu: L1S1 L1S1 L1S1 dc 0, 05 0,1 0,15 cm L1 L2 L1 L2 L1 L2 dc 0, 035 0,1 0,135 cm f L1S1 L1 L2 25,5 2,18 23,32 cm f L1S1 L1 L2 0,15 0,135 0, 012 1, 2% 25,5 2,18 f L1S1 L1 L2 f f 0, 012 23,32 0, 28 cm Vậy f f f 23,32 0, 28 cm 3.2.2 Phương pháp điểm liên kết Sơ đồ thí nghiệm: Nguyên tắc: TKPK cho ảnh ảo vật vật thật, cho ảnh thật cho vật ảo thích hợp Người quan sát thực đo đạc với ảnh thật (xuất màn), để quan sát ảnh thật tạo từ TKPK cần vật ảo thích hợp, vật ảo tạo từ thấu kính hội tụ L Như vậy: vật S qua TKHT L cho ảnh thật S Vì S1 nằm vùng khơng gian vật TKPK L2 nên vật ảo L2, ảnh S2 S1 qua TKPK L2 rõ Ta xác định vị trí S1 so với L1 O1S1, xác định vị trí L2 để thu ảnh thật rõ nét ta có O1O2, vị trí S1 so với TKPK L2 O1S1 O1O2 O2 S1 theo quy ước dấu vật ta có d O2 S1 Ta xác định vị trí ảnh S2 màn, nên xác định d’ Áp dụng cơng thức thấu kính phân kỳ ta có: 1 d d ' f ' ;d f ' d d' d d' d ' 0; f BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Các bước tiến hành: Bước Vật S qua thấu kính hội tụ L1 cho ảnh thật S1 M (chọn vị trí L1 cho ảnh S1 nhỏ) Bước Đặt L1 S1 thấu kính phân kỳ L2 S1 vật ảo thấu kính L (Đánh dấu S1 giá phấn trắng) Bước Dời xa vị trí S , di chuyển L2 L1 S1 đến vị trí ta thấy ảnh rõ vật S1’ ' Bước Đo d ' L2 S1 ; d L2 S1 (d < ảnh S1 ảo thấu kính L2) Bước 5: Tính tiêu cự thấu kính phân kì L2: Bước 6: Ghi số liệu vào bảng Bảng số liệu: d cm Lần đo TB f ' d d ' d d ' (f’ < tiêu cự TKPK âm) Phương pháp điểm liên kết -10,1 -10,2 -10,1 -10,1 -10,13 d cm d ' cm d ' cm 0,03 0,07 0,03 0,03 0,04 17,5 17,6 17,5 17,6 17,55 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 Xử lý số liệu: d d d dc 0, 04 0,1 0,14 cm d ' d ' d dc' 0, 05 0,1 0,15 cm d d ' 10,13 17,55 23,96 cm d d ' 10,13 17,55 f d d ' d d ' 0,14 0,15 0,14 0,15 0, 011 1,1% 10,13 17,55 10,13 17,55 f d d' d d ' f f f 0, 011 23,96 0, 26 cm Vậy f f f 23,96 0, 26 cm KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN * Nguyên nhân sai số: - Sai số dụng cụ đo (thước kẻ 100cm) - Trong q trình đo, người thực hành thí nghiệm đặt mắt đọc giá trị dụng cụ đo không - Ảnh thu mờ chưa hoàn toàn rõ sắc nét - Đặt thước đo chưa chuẩn mép thấu kính/màn chắn - Trong trình di chuyển thấu kính, việc đánh dấu vị trí thấu kính ban đầu cịn chưa chuẩn xác - Dụng cụ đo bị hư hỏng (TKPK bị bể làm đôi) * Nhận xét: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Kết 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: Với phương pháp đo tiêu cự TKHT, sai số nhỏ 1%, giá trị tiêu cự TKHT xỉ 19cm Kết thí nghiệm đo tiêu cự TKPK: f f f 19,312 0,104 cm + 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 phương pháp đo tiêu cự TKPK, sai số tương đối nhỏ (nhỏ 2%), kết đo đáng tin cậy TRẢ LỜI CÂU HỎI Nhiệm vụ học tập 1: Sinh viên trình bày nguyên tắc xác định tiêu cự TKHT phương pháp tự chuẩn Trình bày nguyên tắc xác định tiêu cự TKHT phương pháp tự chuẩn (Phần 3.1.1) Nhiệm vụ học tập 2: Từ kiến thức học, sinh viên chứng minh vật đặt cách TKHT khoảng 2f cho ảnh thật vật B I F A F’ O A’ B’ Xét cặp tam giác đồng dạng: AOB : A ' OB ' , ta có tỉ lệ: AB OA A ' B ' OA ' (1) Xét tiếp cặp tam giác đồng dạng: OIF ' : A ' B ' F ' , ta lại có tỉ lệ: OI OF ' A'B ' F ' A' (2) OA OF ' OA ' F ' A ' (3) Vì OI = AB, nên suy được: 10 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Vì F’A’+OF’ = OA’ nên F’A’ = OA’ - OF’, vậy: OA OF ' 1 1 OA ' OA ' OF ' OA OA ' OF ' OF 1 OA OA ' OF (4) Khi OA = 2f = 2OF, vật nằm ngồi khoảng tiêu cự TKHT nên thu ảnh thật, thay vào (4) ta có: 1 OA ' f OA f OA ' f Theo công thức (1), ta suy được: AB 2f AB A ' B ' A' B ' f Vậy đặt vật cách TKHT đoạn 2f ta thu ảnh thật có kích thước vật Nhiệm vụ học tập 3: Từ kiến thức học, sinh viên chứng minh khoảng cách D từ vật đến lớn 4f, có hai vị trí TKHT để có ảnh rõ Vật AB (cố định) qua TKHT (di động được) cho ảnh thật A’B’ D (cố định), chúng phải thỏa mãn hệ thức (4) lập nhiệm vụ 2: 1 OA OA ' OF Trong có OA x; OA ' D x , vậy: 1 x Dx Df x Dx f 11 (1) BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Phương trình (1) có hai nghiệm ta thu hai vị trí đặt thấu kính để nhận ảnh rõ nét 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 nêu vai trò TKHT quang hệ để đo tiêu cự TKPK điều kiện để ảnh qua quang hệ mặt phẳng vật S Sơ đồ thí nghiệm: + Với TKPK, vật thật cho ảnh ảo nên không hứng TKPK cho ảnh thật với điều kiện sau: Vật ảo khoảng cách từ vật ảo đến thấu kính nhỏ tiêu cự + Nếu chùm tia tới có đường kéo dài qua tiểu điểm vật cho chùm tia ló song song Vai trò TKHT: + Để tạo ảnh thật TKPK, ta dùng thêm TKHT đặt phía trước với tác dụng tạo vật ảo cho TKPK Nếu chùm tia tới TKPK có đường kéo dài qua tiêu điểm vật F cho chùm tia ló song song, dùng gương để phản xạ chùm tia ló cho ảnh cuối xuất mặt phẳng vật S Vậy phương pháp làm cho S1 trùng với tiêu điểm vật F2 Thực chất tiêu cự TKPK khoảng cách từ L2 đến S1 Nhiệm vụ TKHT tạo chùm sáng hội tụ đến thấu kính phân kỳ, tạo vật ảo TKPK Điều kiện: tiêu điểm vật F TKPK phải trùng với ảnh điểm S thấu kính hội tụ tạo từ vật sáng điểm S Nhiệm vụ học tập 5: Sinh viên nêu vai trò TKHT quang hệ để đo tiêu cự TKPK điều kiện để ảnh qua quang hệ mặt phẳng vật S 12 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Sơ đồ thí nghiệm: Ngun tắc: TKPK ln cho ảnh ảo vật vật thật, cho ảnh thật cho vật ảo thích hợp Người quan sát thực đo đạc với ảnh thật (xuất màn), để quan sát ảnh thật tạo từ TKPK cần vật ảo thích hợp, vật ảo tạo từ thấu kính hội tụ L Như vậy: vật S qua TKHT L cho ảnh thật S Vì S1 nằm vùng không gian vật TKPK L2 nên vật ảo L2, ảnh S2 S1 qua TKPK L2 rõ Ta xác định vị trí S1 so với L1 O1S1, xác định vị trí L2 để thu ảnh thật rõ nét ta có O1O2, vị trí S1 so với TKPK L2 O1S1 O1O2 O2 S1 theo quy ước dấu vật ta có d O2 S1 Ta xác định vị trí ảnh S2 màn, nên xác định d’ Áp dụng công thức thấu kính phân kỳ ta có: 1 d d ' f ' ;d f ' d d' d d' d ' 0; f Nhiệm vụ học tập 6: Sinh viên trình bày tóm tắt cơng dụng dụng cụ, thiết bị bảng 5.1 để xác định tiêu cự thấu kính Tên dụng Hình ảnh minh họa Cơng dụng cụ Vật sáng chữ L Đóng vai trị vật AB phương pháp chuẩn phương pháp Silberman 13 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Nguồn sáng Phát sáng Là nguồn điểm phương pháp Thước dài 1m Xác định vị trí tương đối ảnh, vật, thấu kính Hoặc phần tử quang hệ Giữ cho thấu kính đồng trục Màn ảnh Dùng để hứng ảnh thật phương pháp Silberman; Bessel để đo tiêu cự TKHT phương pháp điểm liên kết để đo tiêu cự TKPK Gương phẳng Tạo quang hệ dùng phương pháp tự chuẩn Thấu kính mỏng Mẫu cần đo tiêu cự Thấu kính hội tụ thấu kính phân kỳ 14 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG Giá mang thấu kính, gương, HKII 2021 - 2022 Giá: cố định vị trí thấu kính khơng gian, góp phần tạo quang hệ đồng trục TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tổ Vật lý đại cương Thí nghiệm vật lý đại cương 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 NXB Giáo dục 15 ...BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Màn ảnh Dùng để hứng ảnh thật phương pháp Silberman; Bessel để đo tiêu cự TKHT phương pháp điểm liên kết để đo tiêu cự TKPK Gương phẳng Tạo quang. .. f 19,312 0,104 cm 3.2 Đo tiêu cự thấu kính phân kỳ (TKPK) 3.2.1 Phương pháp tự chuẩn BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Sơ đồ thí nghiệm: + Với TKPK, vật thật cho ảnh... chuẩn xác - Dụng cụ đo bị hư hỏng (TKPK bị bể làm đôi) * Nhận xét: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Kết thí nghiệm đo tiêu cự TKHT: + Phương pháp tự chuẩn: f f f 19, 480