Cải tiến quy trình hướng dẫn và kiểm tra môn thực hành thí nghiệm điện quang

- Quy định về việc làm và nộp bài báo cáo-thí nghiệm, điểm số của bài báo cáo - Điều kiện để sinh viên có thể dự thi kết thúc học phần Thí nghiệm Điện - Quang.. - Quy định về việc làm và

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

-oOo -

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ

“CẢI TIẾN QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN VÀ KIỂM TRA MÔN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG”

MÃ SỐ : CS 2005.23.76

CƠ QUAN CHỦ QUẢN : TRƯỜNG ĐHSP TP.HỒ CHÍ MINH

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI:Th.S Trần Văn Tấn Khoa Vật Lý – Trường ĐHSP TP.HCM

ĐHSP TP.HCM – 2006

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

-oOo -

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ

“CẢI TIẾN QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN VÀ KIỂM TRA MÔN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG”

MỤC LỤC

PHẦN A : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỂ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 1

I TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỂ TÀI 1

II ĐỐI TƯỢNG PHỤC VỤ 2

PHẦN B: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2

I 1/ Đưa thiết bị mới của ba bài thí nghiệm Quang học vào thực hành: 2

2/ Phân công các thành viên tham gia đề tài rà soát và viết lại tài liệu hướng dẫn 8 bài thí nghiệm Điện - Quang : 3

Đo điện trở bằng Cầu WHEASTONE 4

Đo điện trở bằng cầu kép 6

Đo suất điện động của nguồn điện một chiều bằng phương pháp Xung Đối 8

Đo hằng số Faraday F và điệnt ích nguyên tố e 10

Tiêu trắc 12

Triền quang kế 18

Đo chiết suất lăng kính 22

Cách tử 26

Báo cáo thí nghiệm 29

II QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM - HỌC PHẦN THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG 31

III QUY TRÌNH THI HẾT HỌC PHẨN THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG 33

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

5 Nội dung bài báo cáo

II QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM HỌC PHẦN THÍ

NGHIỆM ĐIỆN - QUANG

- Quy định về những điều giáo viên phải phổ biến cho sinh viên trong buổi đầu tiên

- Quy định về cách chia Nhóm thí nghiệm, Tổ thí nghiệm

- Các bước chuẩn bị của sinh viên trước một bài thí nghiệm

- Quy định các công việc của giáo viên hướng dẫn thí nghiệm

- Quy định về việc làm và nộp bài báo cáo-thí nghiệm, điểm số của bài báo cáo - Điều kiện để sinh viên có thể dự thi kết thúc học phần Thí nghiệm Điện - Quang

- Quy định về việc làm và nộp bài báo cáo-thí nghiệm, điểm số của bài báo cáo - Điều kiện để sinh viên có thể dự thi kết thúc học phần Thí nghiệm Điện - Quang

III QUY TRÌNH THI HẾT HỌC PHẦN THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG :

1 Điều kiện để sinh viên đƣợc dự thi học phần thí nghiệm Điện Quang

2 Nội dung thi hết học phần Thí nghiệm gồm 2 phần : Lý thuyết Thực hành và Thực hành Thí nghiệm

a Lý thuyết thực hành : + Hình thức thi: Thi viết hoặc vấn đáp

+ Nội dung : Thi lý thuyết thực hành

b Thực hành thí nghiệm : Quy định về tổng số đề thi, cách bóc thăm chọn đề, thời gian thi và nội dung của đề thi

3 Cách tính điểm thi hết học phần thí nghiệm

SUMMARY 0F THE FINDINGS 0F THE RESEARCH

********

I APPLYING NEW EQUIPMENT IN THE THREE OPTICAL EXPERIMENTS TO PRACTICE AND WRITING INSTRUCTION MANUAL FOR EIGHT OPTIC - ELECTRIC EXPERIMENTS :

1 First, translate and study the catalog of the three optical experiments to measure the index of prism, diffraction by plates and angle the photometer

Next, regulate the angle gauge and modiíy the three instruction manuals to suit the new equipment Collect pratical data and treat those data

2 Divide the work among research members for revision and rewriting the manuals for eight Optic - Electric experiments

The sequence of an experiment consists of :

II GUIDELINES FOR OPTIC - ELECTRIC EXPERIMENT SEMESTER:

- Definitions disseminated to students in the first session

- Definition of experimental groups

- Students' preparations beíbre an experiment

- Teacher' s guidance in each experiment

- Definitions of the workrreport of the experiment, grading scheme

- Requirements for taking the final exam

III RULES FOR FINAL EXAMINATION OF OPTIC – ELECTRICITY

1 Requirements for taking the final examination of Optic - Electricity

2 Test content consists of two parts : Theory on the pratice and practical experiment

a Theory on the practice :

+ Testing format: writen test or oral test + Content: test on theory

2 Mục tiêu cụ thể:

a/ Đưa thiết bị mới của 3 bài thí nghiệm Quang học: Đo chiết suất của lăng kính; Cách tử nhiễu xạ và Triền quang kế vào thực hành thí nghiệm Viết lại giáo trình thực hành thí nghiệm Điện - Quang thật cụ thể, chi tiết, chính xác và cập nhật

b/Soạn thảo một qui trình chặt chẽ, cụ thể áp dụng cho hai khâu hướng dẫn Thực hành thí nghiệm và Kiểm tra hết học phần thí nghiệm Điện - Quang

Sau khi đã thống nhất trong nhóm Điện - Quang, đưa vào áp dụng trong học kỳ I năm học 2006 - 2007 và đã được thông qua Tổ Vật lý Đại cương tháng 11 -2006

2

II ĐỐI TƯỢNG PHỤC VỤ

1/ Phần tài liệu hướng dẫn thực hành Điện - Quang phục vụ cho sinh viên chuyến ngành Vật Lý làm thí nghiệm Điện - Quang, làm tài liệu tra cứu cho sinh viên muốn làm

nghiên cứu khoa học về mảng Thực nghiệm Phục vụ cho Giáo viên Vật lý phổ thông làm tài

liệu tham khảo để xây đựng các phòng thí nghiệm vật lý

2 a/ Quy trình hướng dẫn thí nghiệm: cung cấp quy trình làm việc cụ thể, chi tiết cho giảng viên tham gia hướng dẫn thí nghiệm Vật lý Đại cương Quy định rõ những việc mà giảng viên phải phổ biến cho sinh viên, những công việc sinh viên phải chuẩn bị và phải làm

cụ thể cho từng bài thí nghiệm

b/ Quy trình kiểm tra hết học phần thí nghiệm : phục vụ cho Giảng viên và sinh viên nắm rõ về qui định nộp và chấm bài báo cáo thực hành thí nghiệm, điểm số của các bài báo cáo là điểm giữa học phần Quy định nội dung và điểm số của kỳ thi kết thúc học phần thí nghiệm, hình thức của phần thi lý thuyết thực hành và thực hành

PHẦN B: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

I 1/ Đưa thiết bị mới của ba bài thí nghiệm Quang học vào thực hành:

- Dịch và nghiên cứu catalog của 3 bài thí nghiệm: Đo chiết suất của lăng kính; cách

tử nhiễu xạ và Triền Quang kế

- Hiệu chỉnh lại thang đo của giác kế cho phù hợp, viết lại ba bài hướng dẫn thí nghiệm cho phù hợp với thiết bị mới Lấy lại số liệu thực hành và xử lý số liệu đo

3

2/ Phân công các thành viên tham gia đề tài rà soát và viết lại tài liệu hướng dẫn 8 bài thí nghiệm Điện - Quang :

1 Đo điện trở bằng cầu Wheastone

2 Đo điện trở bằng cầu kép

3 Đo suất điện động của nguồn điện một chiều bằng phương pháp xung đối

4 Đọ hằng số Faraday F và điện tích nguyên tố e

5 Nội dung bài báo cáo

Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Điện - Quang :

4

BÀI 1

Đo điện trở bằng Cầu WHEASTONE

I Lý thuyết:

Mạch điện như hình 1 gọi là cầu Wheastone ta cố thể lựa chọn các điện trở

R1,R2,R sao cho cầu cân bằng, nghĩa là không có dòng điện chạy qua điện kế G (IG= 0) Khi đó: VD = VB

Biểu thức (1) được gọi là điều kiện cân bằng của

cầu Wheastone Có thể thay thế hai điện trở R3., R4 bằng

một sợi dây dẫn đồng chất có tiết diện đều như H 2

Khi đó : và

Như vậy: (2)

Thay (2) vào (1) ta có: = R1 = R2 (3)

Nếu biết được 13, l4 và R1 thì có thể tính được R2

- Điện kế G có số 0 ở giữa thang đo độ (ta gọi là điện kế chỉ

số không G) và điện trở shun

- Dây điện trở dài 1m, tiết diện đều căng trên một thước đo

- Điện kế G có số 0 ở giữa thang đo độ (ta gọi là điên kế chỉ số không G) và điện trở shun

2- Các bước thực hành:

Lần lượt đo RxvàRX'

Rx và RX' mắc nối tiếp

Rx và RX' mắc song song

5

- Để đo Rx ta mắc sơ đồ như H.2; trong đó Rx.mắc vào vị trí của R1, R0mắc vào vị trí của R2

- Mắc điện trở shun song song với điện kế G (H.3)

- Chọn R0 tùy ý và di chuyển con chạy, tìm vị trí để cầu whaeston cân bằng (IG = 0)

Khi đó điện trở Rx được tính bằng công thức: Rx = R0

(4)

* Ta có thể chứng minh được rằng khi l3 ≈ l4 thì sai số của phép đo là nhỏ nhất Vì vậy để đo điện trở bằng cầu Wheaston người ta chọn R0 sao cho cầu cân bằng khi l3 ≈ l4 (hay con chạy ở số 50 của thước đo) Để làm được điều này, ta tiến hành các bước thí nghiệm tiếp theo như sau:

-Để con chạy ở vị tí 50 trên thước đo (khi đó l3 ≈ l4)

-Ban đầu để R0 = 0 Ohm (hoặc R0= 200 Ohm) đóng khóa K và nhận xét xem Rx cần đo gần giá trị 0 Ohm hay 200 Ohm để tăng hay giảm dần Ro quan sát sự lệch của kim điện kế, con chạy sẽ đến một giá trị R0 nào đó mà kim điện kế lệch rất ít khỏi vị trí cân bằng Khi đó ta di chuyển con chạy chút

ít sao cho IG = 0 (cầu cân bằng) Lúc này ta tháo một đầu điện trở shun và xác định vị trí chính xác của con chạy để điện kế IG = 0

-Đo I3 và I4 điện trở Rx được tính bằng công thức : Rx = R0

* Chú ý: Khi cầu còn xa cân bằng thì kim điện kế lệch rất mạnh Vì vậy

phải mắc shun vào điện kế và đóng ngắt khóa K hoặc con chạy thật nhanh để tránh làm hỏng điện kế

- Trình bày kết quả thí nghiệm:

III Trả lời câu hỏi;

1- Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp đo điện trở bằng cầu Wheaston so với phương pháp đo điện trở bằng vonkế và ampekế? 2- Chứng minh rằng khi I3, I4 khác nhau càng ít thì sai số của phép đo điện trở bằng cầu Wheaston càng nhỏ

3- Vì sao phương pháp đo điện trở bằng cầu Wheaston không thể đo điện trở nhỏ có độ lớn xấp xỉ điện trở của dây nối?

nhỏ so với dòng diện qua Rx và R0, do

đố độ giảm điện thế trên các dây nối

so với Rx và R0 Ta tính điều kiện để

cầu cân bằng tức là điều kiện để dòng

điện qua điện kế IG = 0

Nhận xét rằng nhờ có mạch phụ KaDbP nên điện trở của dây nối KNP nối Rx và Ro

không tham gia vào các phương trình, do đó không ảnh hưởng đến kết quả đo điện trở Rx

7

- Điện trở R0 là mẫu dây điện trở dài 1m căng trên một bảng gỗ có gắn thước

đo H.2

* Các bước thực hành :

- Mắc mạch điện như hình vẽ chú ý phải mắc điện trở shun song song với điện

kế G như H.3 (bài 1) và cắm chặt các vít , đóng chặt các chốt cắm của các hộp điện trở Kiểm tra các hộp điện trở để số 0của điện trở ở vị trí ban đầu

- Chọn các giá trị điện trở A , a , B , b thỏa mãn điều kiện (1) Di chuyển con chạy trên dây điện trở R0 để cầù cân bằng (Ig = 0)

- Đo l lúc đó R0 đượctính bằng công thức R0 = αl

α là điện trở của 1m dây điện trở Độ lớn của α được cho sẵn bởi phòng thí nghiệm α = 6 Ω / m Từ đó ta tính được Rx theo biểu thức (2) Chú ý rằng sai số của phép đo Rx phụ thuộc vào sai số tương đối của phép đo chiều l *100%

Để giảm sai số của phép đo Rx ta phải giảm sai số tương đối của phép đo chiều dài l Như vậy trong bài thí nghiệm ta phải chọn các giá trị A, a, B, b nhiều lần sao cho A, a, B, b vừa thỏa mãn điều kiện (1) và cầu cân bằng (IG = 0) Khi con chạy ở thước đo trên 0.5m

Trình bày kết quả thí nghiệm :

Lần 2

Lần 3

Lần 4

Lần 5

III Trá lời câu hỏi:

1- So sánh cầu kép với cầu Wheaston

2- Vì sao cầu kép đo được điện trở nhỏ có độ lớn xấp xỉ bằng điện trở của dây nối? 3- Muốn giảm sai số của phép đo Rx ta phải làm gì? Hãy chứng minh điều đó

8

Bài 3

Đo suất điện động của nguồn điện một chiều bằng phương pháp Xung Đối

I Lý thuyết :

- Đây là phương pháp xác định suất điện động của

nguồn điện một chiều bằng cách so sánh với một suất điện

- - AB dây điện trở đồng chất tiết diện đều

- - E: suất điện động của ắc qui hoặc một biến thếchỉnh lưu

- Các cực cùng tên của nguồn điện, chẳng hạn cực dương được nối chung vào điểm A Nếu suất điện động E lớn hơn suất điện động Ex thì ta luôn tìm được điểm c trên dây dẫn AB

sao cho dòng điện không đi qua điện kế G (IG = 0) Khi đó áp dụng định luật Ohm tổng quát cho nhánh A ,Ex, G , C ta có : VA - VC = Ex (1)

- Mặt khác khi IG = 0 thì trong toàn mạch kín ACBKEA dòng điện có cùng cường độ

I do E cung cấp Áp dụng định luật Ohm cho đoạn dây AC ta có:

- VA-VC =IRAC (2)

- So sánh (1) và (2) ta có: Ex = IRAC

- Nếu thay thế Ex bằng một nguồn điện mẫu có suất điện động Em đã biết Nối cực dương của Em vào A và giữ nguyên E thì có thể tìm được một vị trí D trên AB sao cho con chạy tới D thì IG = 0

- Tương tự như trên ta tìm được : Em = IRAD (3)

- Vì RAC ~LAC~ RAD ~ LAD nếu chia (2) cho (3) ta được: Ex = Em*

-

- Như vậy việc so sánh hai sức điện động

- Ex và Em thực tế dẫn đến việc so sánh hai điện

- trở hoặc hai độ dài

II Thực hành:

1- Dụng cụ gồm có:

- - Ngắt điện K

- - Pin cần đo có suất điện động Ex

- - Nguồn chỉnh lưu cung cấp suất điện động E chọn E

- khoảng từ 3 đến 5v

9

- Điện kế chỉ số không G có mắc shun để hạn chế dòng qua điện kế

- Pin mẫu Em (giá trị suất điện động được cho bởi phòng thí nghiệm)

- Dây điện trở AB thực tế là dây điện trở dài căng trên bản gỗ thành nhiều đoạn thẳng song song Mỗi chỗ tiếp giáp giữa hai đoạn đều có một lỗ để cắm chốt Bằng cách di chuyển chốt cắm A đồng thời di chuyển con chạy C ta dễ dàng thay đổi độ dài đoạn dây LAC

2- Các bước thực hành:

Mắc mạch điện như H.2 chú ý cực dương của các nguồn Ex và E đều nối về phía điểm

A và suất điện động nguồn E không thay đổi trong suốt quá trình thí nghiệm

Thay đổi lần lượt lỗ cắm từ 0 đến 10 Mỗi lần thay đổi lỗ cắm ta chạm con chạy C vào hai đầu OB và quan sát chiều lệch của kim điện kế Nếu thấy kim lệch theo hai chiều ngược nhau thì lỗ cắm trên chính là lỗ cần tìm (ví dụ như số 5 theo H.2)

Giữ nguyên lỗ cắm di chuyển con chạy cho đến khi điện kế G chỉ số 0 Lúc này ta tháo một đầu của shun ra khỏi điện kế và tìm vị trí chính xác của con chạy để kìm điện kế G hoàn toàn chỉ đúng số 0 (bằng cách di chuyển con chạy thêm một khoảng nhỏ)

Đọc giá trị LAC Giả sử tại vị trí như H.2 thì LAC = 5m + 0.35m đo LAC 5 lần

Thay pin Ex bằng pin mẫu Em và lập lại thí nghiệm như trên để đo LAD 5 lần

Trình bày kết quả thí nghiệm vào bảng sau, ký hiệu LAC là L1 và LAD là L2

Ex L1 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 L1 = ±

Em L2 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 L2 = ±

Tính = Em * = …………; =……….; =………;

Ex = ± = …………

III Trả lời câu hỏi:

1- Bản chất của phương pháp xung đối?

2- Ưu điểm của phương pháp xung đối với phương pháp đo suất điện động của

bằng vônkế?

3- Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào yếu tố nào? cần chú ý gì khi làm

thí nghiệm để đạt độ chính xác cao?

Khi cho dòng điện chạy qua dung dịch thì các ion dương Cu++

chạy về cực âm (catốt) còn các ion âm SO4- thì chạy về cực dương (anốt) Nếu các cực dương và cực âm của bình điện phân đều làm bằng đồng Cu thì tại cực âm có phản ứng như sau Cu++

+ 2e → Cu bám

vào cực âm, các ion âm SO4- khi chạy tới cực dương sẽ khử Cu của cực dương để tái tạo

Cu++ cho dung dịch : Cu → Cu++ + 2e (số mol của các phân tử không đổi, dung dịch ở dưới dạng ion )

Như vậy khi điện phần dung dịch sunphát đồng thì cực dương bị mòn dần cực âm thì dày thêm, hiện tượng này gọi là dương cực tan Trong quá trình điện phân dương cực hao bao nhiêu thì âm cực nhận được bấy nhiêu, còn nồng độ dung dịch không thay đổi

Theo định luật Faraday khối lượng chất thoát ra ở điện cực là: m = KQ

Q : điện lượng qua bình điện phân

K : đương lượng điện hóa: K =

A : nguyên tử Kilogram của chất thoạt ra ở điện cực

Z : hóa trị của chất đo

Vậy F có nghĩa là điện lượng cần thiết qua bình điện phân để khối lượng chất thoát ra

ở điện cực bằng một đương lượng Kilogram của nó Đơn vị đo F là culomb / đương lượng kilogram

Đối vơi đồng A = 63,54 Kg; Z = 2 vì vậy nếu đo được Q = It và m thì theo (1) ta tính

được điện tích của electron e = (2)

-Đóng khóa K cho dòng điện chạy qua bình điện phân, điều chỉnh R để Ampere kế

chỉ từ 0.5A đến 0.8A sau đó ngắt điện và giữ nguyên R

-Tháo cực âm ra lau sạch sấy khô và cân khối lượng ban đầu m1 của âm cực

-Lắp âm cực vào và đóng khóa K đồng thời bắt đầu tính giờ cho dòng điện chạy qua

bình điện phân ương 30 phút Chú ý luôn giữ cho dòng điện luôn không đổi

-Ngắt điện đồng thời cho đồng hồ ngừng chạy

-Tháo cực âm ra sấy khô cẩn thận cân khối lượng m2 của âm cực Khối lượng đồng

thoát ra ở dương cực là: m = m2 - m1

-Thay các trị số đo được m, I, t vào (1) ta tính được F, thay F vào (2) ta tính được e

-Trình bày kết quả thí nghiệm như sau:

III Câu h ỏi:

1 -Ý nghĩa của điện tích nguyên tố e?

2 -Ý nghĩa của hằng sốFaraday F?

3 -Độ chính xác của phép đo e bằng phương pháp điện phân phụ thuộc vào yếu tố

nào? Sai số do những đại lượng nào ảnh hưởng nhiều nhất tới mức chính xác của phép

đo e trong thí nghiệm này?

12

BÀI 5 Tiêu trắc

I Mục đích:

Mục đích cuả bài thực tập này là chỉ cách đo tiêu cự các thấu kính mỏng

II Nguyên tắc:

Ta hãy nhắc lại một số đặc điểm của thấu kính hội tụ và phân kỳ mà ta sẽ ứng dụng

trong các phương pháp sau đây:

1-Thấu kính hội tụ:

Tia tới thấu kính qua tiêu điểm vật F thì khi ló ra sẽ song song với quang trục Tia tới

song song với quang trục khi ló qua thấu kính sẽ đi qua tiêu điểm ảnh F‟ (ứng dụng trong

13

- Đối với thấu kính hội tụ nếu thỏa mãn điều kiện L 4f trong đó L là khoảng cách từ

vật đến màn, ta sẽ có hai vị trí của thấu kính để có ảnh rõ trên màn

(ứng dụng trong phương pháp Bessel)

2 - Thấu kính phân kỳ:

-Tia tới song song quang trục khi đi qua thấu kính sẽ phân kỳ và phần kéo dài đi qua

tiêu điểm ảnh F Ngược lại những tía tới là những tia hội tụ, điểm hội tụ đúng tiêu điểm vật,

thì khi ló ra khỏi thấu tính sẽ song song với quang trục (Ứng dụng ương phương pháp tự

chuẩn )

- Thấu kính phân kỳ cho ta ảnh vật ương điều kiện:

*Vật ảo

*Khoảng cách từ vật đến thấu kính nhỏ hơn tiêu cự của nó

(Ứng dụng trong phương pháp các điểm liên kết)

III Dung cu:

- Vật là dây chữ thập đặt trước một bóng đèn

- Một thước mét

- Các giá mang thấu kính, gương, màn

- Những thấu kính phải đo tiêu cự

thấu kính L trên giá quang nghiệm sao cho ảnh cuối cùng S‟ của

S lại hiện rõ trên mặt phẳng S Khi đó f bằng khoảng cách từ vật đến thấu kính

Phương pháp Silbermam:

Hứng ảnh thật S‟A‟ của vật SA trên màn M Di chuyển thấu kính và màn sao cho SA

= S‟A‟ Khi đó SO = S‟O và f =

Lưu ý: Ta không thể đo được SA = S‟A‟.Ta chỉ cần điều chỉnh có ảnh rõ và SO = S‟O là đủ

(Khi đó ta đã có SA = S‟A) Ta phải đo SS‟ nhiều lần mới có kết quả chính xác

f

Vậy muốn đo f ta đo khoảng cách D, d

Khi thấu kính đặt tại O1 tiêu điểm vật và tiêu điểm ảnh là F1 F1 Khi thấu kính

đặt tại 02 tiêu điểm vật và tiêu điểm ảnh là F2 , F2' Ở đây không cần vẽ F2

2- Đo tiêu cự thấu kính phân kỳ:

* Phương pháp tự chuẩn:

Thấu kính hội tụ L1 cho ta ảnh thật của S tại vị trí S1 (Tìm vị trí này bằng màn M)

Đo L1S1

- Đặt thấu kính phân kỳ L2 giũa L1 và S1 , đặt gương M sau L2 Di chuyển L2 sao cho

ảnh cuối cùng S' lại hiện rõ trên mặt phẳng S Đo L1 L2;

Ta có: f = L1S1 - L1L2;

- Sai số tuyệt đối trung bình Af được tính bằng cách đo L1S1 và L1 L2 nhiều lần rồi

tính sai số tuyệt đối trung bình của nó

16

Chú ý: Vì ảnh cuối cùng phải khúc xạ qua hai thấu kính L1 và L2 nên ảnh bị

mờ Muốn dễ thấy ảnh ta phải vữa di chuyển L1 (trong khoảng L1 và S1) vừa lắc, nếu

thấy dấu hiệu có ảnh (một vệt sáng trên mặt S chạy theo chiều lắc của L2) ta chỉnh

gương M để ảnh tập trung vào một bên của S (không trùng với S) Chỉnh ảnh rõ Đo

L1 L2, lấy thấu kính L2 và gương M ra khỏi giá, di chuyển màn để tìm vị trí S1 Đo

L1S1

*Phương pháp các điểm liên kết :

-Thấu kính hội tụ L cho ảnh thật của s tại vị trí S1 (Tìm vị trí này bằng màn M

nên đặt L sao cho S1 khá nhỏ)

- Đặt giữa L1 và S1 một thấu kính phân kỳ L'2S1 sẽ là vật ảo đối với thấu kính

L2

(Đánh dấu S1 trên giá) 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

P'=L1S1' p = L2S1

- Vậy tiêu cự thấu kính phân kỳ L2 :f‟ = (f có giá trị âm)

TỰ CHUẨN f

SILBERMAM SS'

f BESSEL

D

d

f 2- Thấu kính phân kỳ :

ĐỘ NGỜ KẾT QUẢ

TỰ CHUẨN

LS LL‟

f(âm) ĐIỂM LIÊN

KẾT

P P‟

f(âm)

18

BÀI 6 Triền quang kế

(Đường kế)

Ị Mục đích:

Khảo sát gốc quay R của mặt phẳng chấn động của ánh sáng phân cực thẳng khi ánh

sáng này đi quạ một dung dịch quang hoạt

Dùng gốc quay R để xác định năng suất triền quang riêng (α) của chất quang hoạt hòa

tan và xác định nồng độ của một dung dịch quang hoạt

II.Triển quang kế LAURENT:

Điều chỉnh của triền quang kế bán ảnh Laurent gồm có, kể theo phương truyền của

ánh sáng:

1- Một nguồn sáng đơn sắc, đèn Na-tri hoặc đèn thường cố gắn kính lọc màu

2- Một Nicol phân cực p

3- Một chắn sáng tròn D hở mà ỏ giưã bị chắn bởi một bản nửa sóng E có cạnh thẳng

đứng song song một đường trung tính (Thí dụ : Oy)

4- Một ống T có chiều dài cho sẩn đựhg dung đích quang hoạt cần khảo sát (dung

dịch đường)

5- Một Nicol phân tích A gắn liền vào một thước tròn có chia độ Thước này quay

được nhờ đinh ốc V

6- Một kính nhắm L để ngắm chừhg ở chắn sáng D

III Nguyên tắc đo :

Trong thị trường của kính ta thấy hai vùng sáng kề nhau G và D Một vùng G được

chiếu sáng bằng các tỉa sáng đã xuyên qua bản nữa sóng E Vừng kia được chiếu sáng bởi các

tia sáng đi qua phẩn trống E của chắn sáng D Gọi OP là vectơ chấn động sáng ló ra khỏi

Nicol phân cực p Vectơ, chấn động này truyền qua khỏi phần trống E của chắn sáng mà

không bị thay đổi

Vậy ra khỏi phần E tía sáng vẫn mang theo chấn động OP

Trái lại phần chùm sáng xuyên qua bản nữa sóng, bản này biến chấn động OP thành

chấn động OP' đối xứng với đường trung tính của bản mỏng

19

Gọi AA' là vết của thiết diện chính của Nicol phân tích A,

Nicol phân tích A chỉ để cho thành phần chấn động OP nằm trong thiết diện chính ló

Vậy chỉ có hình chiếu OB của OP và OC của OP' trên AA' là ló ra được khỏi Nicol phân tích

Như vậy trong thị trường kính ngắm ta thấy hai vùng G và D có cường độ sáng không

bằng nhau, lần lượt bằng:

I1 = k*OB2

I2 = k*OC2

(định luật Malus)

Muốn cho hai vùng có cùng cường độ sáng ta phải quay Nicol chung quanh trục so thế

nào để phương AA‟ trùng với Ox hoặc Oy

Xét hai hình trên ta thấy rằng trong hai trường hợp ta đều có

OB2 = OC2 => I1 = I2 và hai vùng cổ cường độ sáng bằng nhau

Theo hai hình trên khi AA' trùng với Ox thì độ sáng của hai vùng nhỏ hơn khi AA'

trùngvới Oy Trong trường hợp thứ nhất sự bằng nhau về độ sáng của hai vùng xảy ra gần

vùng bán ảnh

Trong cách thứ hai sự bằng nhau về độ sáng của hai vùng xảy ra gần vùng sáng tỏ

nhất

Mắt ta nhận xét được các độ biến thiên về độ sáng rõ hơn khi ta ở vùng gần hơn ảnh

Vì lẽ đó ta luôn tìm cách thực hiện trường hợp thứ nhất nên triền quang kế có tên là triền

quang kế bán ảnh

20

Sau khi đã điều chỉnh cho hai

vùng sáng đều nhau trong vùng bán

ảnh, ta đặt trước Nicol phân tích ống

T đựng dung dịch quang hoạt sau khỉ

ló ra khỏi dung dịch hai chấn động

OP và OP' đã cùng quay đi góc R và

có vị trí OQ và OQ' đồng thời hai

vùng không còn sáng đều nhau nữa

Muốn cho hai vùng sáng đều như cũ

ta phải quay thế nào cho thiết diện

chính của kính phân tích A trùng với

một trong hai đường phân giác của

góc QOQ'

Chỉ có vị trí mà Nicol phân tích A trùng với phân giác ngoài của góc

nhọn QOQ' là đúng nhất (bán ảnh) Ta đọc góc R ra độ trên vòng chia độ gắn

chặt vào Nicol phân tíchA

IV, Thực tập:

1 - Điều chỉnh máy: Thắp đèn, lấy ống T ra ngoài điều chỉnh gương để thị

trường sáng nhất, nhìn vào kính ngắm nếu thấy hai vùng sáng không đều,

quay Nieol phân tích A bằng định ốc V để cho hai vùng sáng đều nhau nhưhg

hơi tối Khi có vạch 0 của thước phải trùng với vạch 0 của du xích

2 - Pha các dung dịch quang hoạt:

* Dùng cân bán tiểu ly cân p = 5 gram đường (chất quang hoạt cần khảo sát)

rồi hòa tan vào trong một thể tích thích hợp để có vừa đúng 100 cc dung dịch,

3 – Đổ dung dịch vào ông T:

Rửa sạch ống T bằng nước cất rồi tráng lại bằng dung dịch cần khảo

sát Đổ vào đầy ống T dung dịch vừa pha xong để có một mặt chum lồi, xoáy

vào mặt nước chum bằng một miếng thủy tinh tròn có hai mặt song song cũng

được lau khô thật sạch Phải xoáy miếng thủy tinh tròn xuống mặt nước thế

nào để đừng có lọt không khí trong ống Sau đó vặn chặt hai đầu ống cho kín

lại và đưa lên nhìn xem trong ông có bọt không khí không, nếu có mở ra làm

lại rồi đặt ống T vào máy và đậy nắp lại

4 - Đo góc quay R:

Sau khi đặt ống T lên máy, vặn đinh ốc V thế nào để hai vùng tối đều

nhau Ghi lấy chiều đã quay Nicol phân tích A để thực hiện độ sáng đều của

hai vùng

Chú ý: Góc quay R thường nhỏ hơn 20 độ và tính bằng độ bách phân

Ở vị trí cần đo ta đọc phần chẵn giữa hai số

0 (ở đây là 2°) phần lẻ ta xem trên thước du xích

vạch nào trùng với thước ta đọc giá trị đó (ở đây là

*Vẽ đường cong đo với chất quang hoạt khảo sát

R = f(c) c : nồng độ

*Dùng đường biểu diễn để kiểm chứng định luật Biot

*Dùng đường thẳng đo trên để định nồng độ của một dung dịch cho sẩn cùng chất

quang hoạt đổ

7-Trả lời câu hỏi:

 Trình bày nguyên tắc của đường kế

 Giải thích đường cong R = f(C)

 Những sai số nào ảnh hưởng tới phép đo, cách khắc phục

Đối với một bức xạ X lăng kính có chiết suất n

Các công thức cơ bản của lăng kính

sin i = n sin r (1) sin i' = n sin r' (2) Góc đỉnh A = r + r' (3) Góc lệch D = (i- r) + (i' - r') (4) Xét dấu (3) A = r ' - r

(4) D = i ' - i - A

Độ lệch D của bức xạ λ này qua lăng kính sẽ có một trị số cực tiểu Dm khi tia tới và

tia ló đối xứng qua lăng kính hay góc tới i bằng góc ló i‟

Trong trường hợp này ta có hệ thức sau:

A = -2r → r = -

Dm = -2i –A → i =- Thay r và i vào (1) ta có sin = n sin

Từ đó suy ra : n =

Như vậy muốn đo được chiết suất n của một lăng kính ta phải đo:

-Góc ở đỉnh A(góc chiết quang)

-Độ lệch cực tiểu Dm

Góc A và Dm được đo bằng một dụng cụ gọi là giác kế

III.Dụng cụ:

Dụng cụ chính là một giác kế, gồm các bộ phận sau

+Một ống chuẩn trực dùng để tạo ra một chùm tia song song đến lăng kính Cấu tạo

của nó gồm một ống ở đầu mang một khe sang, bề rộng của khe chỉnh được Đầu kia là một

thấu kính hội tụ Khi khe sang nằm đúng mặt phẳng tiêu của thấu kính này thì chùm tiam

sang ra khỏi ống chuẩn trực là chùm tia song song

23

+ Một kính ngắm gồm có một thị kính và một vật kính Bên trong kính ngắm có mang một

dây chữ thập Dây chữ thập được đặt đúng vào mặt tiêu ảnh của vật kính

+ Một đĩa tròn có thể điều chỉnh cho nằm ngang nhờ ba đinh ốc phía dưới, lăng kính cần đo sẽ

đặt lên đĩa này

+ Một vành chia độ để xác định vị trí của kính ngắm, do đó sẽ suy ra được góc A và độ lệch

cực tiểu Dm Ông chuẩn trực ỏ dung vào vị trí C của vành chia độ Ngoài ra còn có du xích

gắn liền vào kính ngắm

Du xích trong bài này là du xích 1 / 30

+ Ngoài giác kế ta còn có một đèn Thủy ngân (Hg) để làm nguồn

IV Thực tập:

Gồm hai giai đoạn : Chuẩn bị

1- Giai đoan chuẩn bị:

- Điều chỉnh giác kế: Di chuyển thị kính để thấy rõ ảnh của dây chữ thập Điều chỉnh

kính ngắm ở vô cực bằng cách hướng kính ngắm vào một vật (cây cối, cột điện) cách chừng

l0m và di chuyển thị kính sao cho thấy rõ ảnh của vật đó

- Đặt kính ngắm thẳng hàng với ống chuẩn trực Đặt nguồn sáng trước khe sáng của

ống chuẩn trực và quan sát ảnh của khe sáng qua kính ngắm Di chuyển khe sáng dọc trên

ống chuẩn trực để được ảnh rõ của khe sáng hiện lên mặt phẳng của dây chữ thập

- Điều chỉnh khe sáng cho thẳng đứng và thật nhỏ sao cho khe sáng trùng với vạch

thẳng đứng của dây chữ thập

- Giác kế điều chỉnh như vậy thì chùm tía ló ra khỏi ống chuẩn trực là chùm tia song

song

2 - Giai đoan đo:

+ Đo góc A của lăng kính:

Lau hai mặt của lăng kính cho thật sạch, đặt lăng kính lên trên dĩa sao cho tia sáng ló

ra khỏi ống chuẩn trực chiếu lên cả hai mặt của lăng kinh (tức là đặt Lăng Kính sao cho trục

của ống chuẩn trực trùng với đường phân giác của góc A) Trên hai mặt này ta sẽ có được hai

chùm tia phản xạ về hai phía Dùng kính ngắm xác định vị trí của hai chùm tia phản xạ này

bằng cách quay kính ngắm về phía phải cho tới vị trí thấy; ảnh rõ của khe sáng, ảnh này phải

trùng với vạch thẳng đứng của dây chữ thập Đọc trị số góc trên vạch chia độ (vị trí x)

Sau đó quay kính ngắm về phía trái cho tới khi ảnh của khe sáng trùng với dây chữ

thậpvà đọc trị số x' Từ đó suy ra : A =

24

+ Đo góc lệch D m

Ta phải dùng đèn Na để cho bức xạ vàng đơn sắc (hay thay bằng đèn thường

có gắn kính lọc sắc Vàng)

Đặt đèn Na trước khe sáng ống chuẩn trực Đặt lăng kính lên dĩa tròn sao cho

đáy của nó hướng về một phía phải hay trái, như vậy sau khi khúc xạ qua lăng

kính chùm tía ló sẽ lệch về một phía

Dùng mắt trần để tìm quang phổ khi thấy quang phổ rồi, mắt để yên, dừng tay

quay đĩa tròn còn mắt theo dõi sự di chuyển của quang phổ cho tới khi quang

phổ dừng lại và di chuyển ngược chiều (nếu quay đĩa tròn mà không thấy ảnh

dừng lại , phải quay đĩa đựng lăng kính theo chiều ngược lại) Tại vị trí quang

phổ dừng lại là vị trí độ lệch cực tiểu

Dùng kính ngắm làm lại thí nghiệm để xác định vị trí độ lệch cực tiểu cho thật

chính xác

Tuy nhiên quang phổ cho ta không phải hoàn toàn là đơn sắc Vậy trong

quang phổ Na ta có thêm những vạch xanh đỏ khác Ta hãy chọn vạch vàng

để đo, quay kính ngắm để cho vạch vàng của quang phổ trùng với vạch thẳng

đứng của dây chữ thập Đọc trị số góc X trên vành chia độ

Bây giờ ta quay dĩa tròn sang vị trí mới, như vậy chùm tía ló ra khỏi lăng kính

sẽ lệch về phía đối diện với phần trên Lặp lại thí nghiệm để tìm vị trí độ lệch

cực tiểu Đọc trị số góc x' trên vành chia độ

thu được ghi vào bảng sau:

Tính sai số n và báo cáo kết quả:

1

2

3

4