Thí nghiệm 1 - Xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì I.
1) Mục đích
Xác định tiêu cự của các thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ có trong bộ dụng cụ. 2) Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết về thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ trong sách giáo khoa vật lí 11. Tiêu cự của một thấu kính được xác định theo cơng thức:
' ' . d d d d f . Trong đó d và d’ là khoảng cách từ vật và ảnh đến thấu kính. Vậy, muốn xác định tiêu cự thấu kính phải xác định d và d’. Chú ý đây là hai đại lượng đại số.
3) Dụng cụ
- Một giá quang học dài 720 cm, có gắn thước đo có độ chia nhỏ nhất đến mm. - Đèn chiếu.
- Ba thấu kính hội tụ có tiêu cự lần lượt là: 50 mm, 100 mm, 300 mm. - Một thấu kính phân kỳ có tiêu cự - 70 mm.
- Màn hứng ảnh.
4) Tiến hành thí nghiệm
Xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ.
- Chỉnh đèn để đèn phát ra chùm tia song song trước khi làm thí nghiệm.
- Lắp các dụng cụ lên giá đỡ quang học theo thứ tự: đèn chiếu sáng, vật AB, thấu kính hội tụ cần tìm tiêu cự, màn hứng ảnh.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
78 - Bật đèn, dịch chuyển thấu kính và màn hứng ảnh để thu được ảnh rõ nét có độ lớn bằng vật khi đó khoảng cách d’ từ màn hứng ảnh tới thấu kính bằng khoảng cách d từ vật đến thấu kính. Khi đó, tiêu cự của thấu kính có giá trị: f = L/4.Với L là khoảng cách giữa vật và màn. Đây là phương pháp đơn giản nhất để xác định tiêu cự của một thấu kính hội tụ (phương pháp Silbermann).
Xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ.
- Do đặc điểm của thấu kính phân kỳ ln cho ảnh ảo của một vật thật AB đặt trước thấu kính nên khơng thể đo trực tiếp được khoảng cách d’ từ ảnh ảo này đến thấu kính. Vì vậy để xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ ta ghép đồng trục một thấu kính hội tụ và một thấu kính phân kỳ để tạo một vật ảo A1B1 trong khoảng tiêu cự ,qua thấu kính phân kì sẽ cho ảnh thật A2B2 như hình vẽ.
- Lắp các dụng cụ lên giá quang học theo thứ tự sau: đèn, vật AB, thấu kính hội tụ, màn hứng ảnh.
- Bật đèn, điều chỉnh thấu kính hội tụ và màn hứng ảnh sao cho thu được ảnh A1B1 của vật, nhỏ hơn vật, rõ nét nhất ở trên màn. Đánh dấu vị trí ảnh A1B1 trên giá quang học (cũng là vị trí của màn).
- Đặt thấu kính phân kỳ cần đo tiêu cự vào khoảng giữa thấu kính hội tụ và màn, lúc này ảnh A1B1 được coi là vật ảo đối với thấu kính phân kỳ. Chú ý cần đặt thấu kính phân kỳ cách màn ảnh một khoảng từ 50mm đến 60mm. Dịch chuyển màn ra xa thấu kính phân kỳ để thu được một ảnh thật A2B2 rõ nét nhất trên màn.
- Xác định các khoảng cách d, d’ đối với thấu kính phân kì, chú ý d mang giá trị âm. Từ đó tính f theo cơng thức:
' ' . d d d d f Chú ý
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
79 - Phải lắp đặt các dụng cụ đèn, vật, các thấu kính và màn hứng đồng trục và ln
vng góc với giá quang học.
- Kết quả thí nghiệm phụ thuộc rất nhiều vào vào việc tìm đúng vị trí của các ảnh thật A1B1, A2B2 để đo d, d’. Vì vậy để giảm sai số của phép đo, sau khi dịch chuyển màn để tìm được vị trí cho ảnh rõ nét, ta cần phải xê dịch màn quanh vị trí này vài lần để tìm được vị trí cho ảnh rõ nét nhất.
- Đối với các thấu kính có trong bộ dụng cụ này khi xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ ta nên chọn: BO1>2f (tức là vật đặt cách thấu kính hội tụ một khoảng lớn hơn 2 lần tiêu cự của nó); O2B1 trong khoảng 5-6 cm (để ảnh A1B1 nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính phân kỳ sẽ cho ảnh thật A2B2 lớn hơn vật và hứng được trên màn ảnh).
5) Câu hỏi
- Có thể đặt thấu kính phân kì ra trước thấu kính hội tụ để đo tiêu cự thấu kính phân kí khơng? Giải thích.
- Nêu sơ lược phương pháp Silbermann đo tiêu cự của thấu kính hội tụ. - Hãy nêu khái niệm vật thật, vật ảo, ảnh thật, ảnh ảo theo quang hình học. Thí nghiệm 2 - Xác định chiết suất của thủy tinh
II.
1) Mục đích
Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng để xác định chiết suất của thủy tinh. 2) Cơ sở lí thuyết
- Trong thí nghiệm này, ta áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, trong đó tỷ số sin góc tới và sin góc khúc xạ được quy về tỉ số độ dài của hai đoạn thẳng để giảm sai số trong phép đo góc.
(n)
α I
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
80 - Ta sử dụng phương pháp ngắm thẳng hàng theo phương truyền của tia sáng.
- Tia tới SI với góc tới α cho tia khúc xạ II’ với góc khúc xạ γ tuân theo định luật khúc xạ.
- Trên phương của tia tới ta chọn điểm S và trên phương của tia khúc xạ ta chọn điểm S’ sao cho S và S’ cùng nằm trên đường tròn tâm I. Khi đó:
sin sin
n
Với sin ;sin ' ' ' ' SH S H SI S I sin sin ' ' SH n S H (vì SI=S’I’=R) 3) Tiến hành
- Đặt miếng xốp lên mặt bàn trên đó đặt tờ giấy trắng có vẽ sẵn vịng trịn bán kính R và hai đường kính vng góc nhau.
- Đặt bản hai mặt song song lên tờ giấy sao cho cạnh của bản song song trùng với một đường kính của hình trịn.
- Ghim thẳng đứng cây kim thứ 1 tại tâm I của vòng tròn.
- Ghim thẳng đứng cây kim thứ 2 tại điểm I’ sát với cạnh của khối thủy tinh. - Đặt mắt ngang với mặt bàn và ngắm cây kim thứ 3 sao cho nó che khuất cây
kim thứ 1 và ảnh của cây kim thứ 2. Lấy khối thủy tinh và cây kim thứ 1 ra, dùng thước kẻ tia tới qua cây kim thứ 3 và I, cắt vòng tròn tại S và nối dài tia khúc xạ II’ cắt vòng tròn tại S’.
- Hạ các đường vng góc SH và S’H’ xuống đường kính vng góc cịn lại của vịng trịn.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
81 - Dùng thước mm đo và lập tỉ số SH/S’H’.
- Lặp lại thí nghiệm 3 lần, mỗi lần thay đổi vị trí cây kim thứ 2. 4) Câu hỏi
- Giải thích cách xác định tia tới và tia khúc xạ ở thí nghiệm trên.
- Đề xuất một phương pháp đo chiết suất của thủy tinh hoặc môi trường trong suốt nào đó (lỏng hoặc rắn) với sai số của phép đo chấp nhận được.