Lý 9 Bài 46: Thực hành: Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ

• Kiến thức: Học sinh trình bày được phương pháp đo tiêu cự của thấu kính hội tụ.
• Kỹ năng: Học sinh đo được tiêu cự của thấu kính hội tụ theo phương pháp nêu trên.
• Thái độ: Nghiêm túc, thích khám phá, nghiên cứu.

• Một thấu kính hội tụ có tiêu cự cần đo.

• Một vật sáng có hình dạng chữ F.

• Một màn ảnh.

• Một giá quang học thẳng trên có các giá đỡ vật, thấu kính và màn ảnh. Vị trí vật, thấu kính và màn ảnh có thể xác định được một cách chính xác.

• Một thước thẳng chia độ đến milimet.

a) Hãy nêu đặc điểm đường truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ

• Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng.

• Tia tới song song trục chính thì tia ló qua tiêu điểm.

• Tia tới qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.

b) Khoảng cách giữa vật và ảnh

Dựa vào cách dựng ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ, hãy chứng minh rằng: Nếu ta đặt một vật AB có độ cao là h vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ và cách thấu kính một khoảng bằng 2 lần tiêu cự (OA = 2f) thì ta sẽ thu được một ảnh ngược chiều, cao bằng vật (A'B' = h' = h = AB) và cũng nằm cách thấu kính khoảng 2f. Khi đó, khoảng cách giữa vật và ảnh sẽ là 4f.

c) Cách đo f 

• Thoạt tiên đặt vật đặt vật và màn ảnh khá gần thấu kính, cách thấu kính những khoảng bằng nhau d=d'.
• Xê dịch đồng thời vật và màn ảnh ra xa dần thấu kính, nhưng phải luôn luôn giữ sao cho d=d', cho đến khi thu được một ảnh rõ nét, cao vằng vật.
• Lúc này ta sẽ có d = d' = 2f và d + d' = 4f

• Bước 1: Đo chiều cao vật.

• Bước 2: Dịch chuyển đồng thời vật và màn ảnh ra xa dần thấu kính cho đến khi thu được ảnh rõ nét.

• Bước 3: Khi đã thấy ảnh rõ nét, cần kiểm tra lại xem hai điều kiện d=d', h=h' có được thoả mãn hay không.

• Bước 4: Nếu hai điều kiện trên đã được thoả mãn thì đo khoảng cách từ vật đến màn ảnh và tính tiêu cự của thấu kính.

Yêu cầu: Cho đèn hoạt động ở U = 12V ; thấu kính đặt cố định ở chính giữa giá quang học. Ban đầu để màn ảnh cách kính 4cm, chữ F cách kính 4cm. Nến luôn ở sát sau chữ F trong quá trình di chuyển.

Chú ý: Dưới đây chỉ là bài mẫu tham khảo, khi làm bài thực hành bài các bạn cần thay số đo mà mình đã đo được trên trường để có một bài báo cáo thực hành đúng.

a) Dựng ảnh của một vật AB có độ cao là h và vuông góc với trục chính của TKHT và cách thấu kính một khoảng d = 2f.

b) Dựa vào hình vẽ để chứng minh rằng trong trường hợp này thì ta thu được ảnh ngược chiều cao bằng vật và khoảng cách từ vật và từ ảnh đến thấu kính là bằng nhau (d’ = 2f).

Ta có BI =AO = 2f = 2OF', nên OF' là đường trung bình của tam giác B'BI.

Từ đó suy ra OB = OB'.

Lại có ΔBOA = ΔB'OA' (đối đỉnh); AB vuông góc AO và A'B' vuông góc OA'

Vậy ΔABO = ΔA'B'O (theo trường hợp có cạnh huyền và một góc nhọn bằng nhau).

Kết quả, ta có A'B' = h’ = h = AB và OA' = OA = 2f. (đpcm)

c) Ảnh này có kích thước như thế nào so với vật?

Ảnh thật A’B’ có kích thước bằng vật: AB = A'B' hay h = h'.

d) Công thức tính tiêu cự thấu kính trong trường hợp này?

Ta có: OA' = OA = 2f → d’ = d = 2f ↔f = (d+d^')/4

e) Tóm tắt các bước tiến hành đo tiêu cự thấu kính hội tụ theo phương pháp này.

• Đo chiều cao của vật, đánh dấu chiều cao này trên màn ảnh.
• Dịch chuyển vật và màn ảnh ra xa thấu kính những khoảng bằng nhau cho đến khi thu được ảnh rõ nét
• Kiểm tra lại xem các điều kiện d = d’ và h = h’ có thỏa mãn hay không.
• Tính tiêu cự của thấu kính theo công thức: f = (d+d^')/4

Giá trị trung bình của tiêu cự thấu kính đo được: \(f = \frac{{49,5 + 50,0 + 50,5 + 50,25}}{4} = 50,1\,mm \)

Câu 1: Tia tới song song song trục chính một thấu kính hôi tụ cho tia ló có đường kéo dài cắt trục chính tại một điểm cách quang tâm O của thấu kính 15 cm. Độ lớn tiêu cự của thấu kính này là:

A. 15 cm

B. 20 cm

C. 25 cm

D. Đáp án khác

Câu 2: Chiếu một tia sáng vào một thấu kình hội tụ. Tia ló ra khỏi thấu kính sẽ song song với trục chính, nếu:

A. Tia tới đi qua quang tâm mà không trùng với trục chính.

B. Tia tới đi qua tiêu điểm nằm ở trước thấu kính.

C. Tia tới song song với trục chính.

D. Tia tới bất kì.

Câu 3: Chùm tia sáng đi qua thấu kính hội tụ mô tả hiện tượng

A. truyền thẳng ánh sáng

B. tán xạ ánh sáng

C. phản xạ ánh sáng

D. khúc xạ ánh sáng

Câu 4: Thấu kính hội tụ có đặc điểm biến đổi chùm tia tới song song thành

A. chùm tia phản xạ.

B. chùm tia ló hội tụ.

C. chùm tia ló phân kỳ.

D. chùm tia ló song song khác.

Qua bài này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Thực hành: Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…, các em cần phải nắm được: 

• Nắm được phương pháp đo tiêu cự của thấu kính hội tụ.

• Đo được tiêu cự của thấu kính hội tụ theo phương pháp nêu trên.

• Rèn được kĩ năng thiết kế kế hoạch đo tiêu cự bằng kiến thức thu thập được.