Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Mở đầu trang 47
Đề bài: Ta đã biết, khi chiếu chùm sáng song song với trục chính của một thấu kính hội tụ thì chùm tia ló sẽ đi qua tiêu điểm chính của thấu kính. Vậy để đo tiêu cự của thấu kính hội tụ có thể dùng phương án đo trực tiếp khoảng cách từ quang tâm O tới tiêu điểm chính F hay không? Cách đo này có nhược điểm gì?
Lời giải:
Có thể dùng phương án đo trực tiếp khoảng cách OF để đo tiêu cự. Tuy nhiên cách đo này có nhiều nhược điểm:
- Khó tạo được chùm sáng song song hoàn toàn trong điều kiện phòng thí nghiệm.
- Khó xác định chính xác vị trí tiêu điểm F (điểm hội tụ rất nhỏ).
- Khó xác định chính xác vị trí quang tâm O vì thấu kính có độ dày.
- Do đó, kết quả đo có sai số lớn.
I. Chuẩn bị
Đo tiêu cự bằng phương pháp đối xứng (phương pháp Silbermann)
Hoạt động trang 47
Đề bài: Dựng ảnh của một vật AB có độ cao $h$, đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ và cách thấu kính một khoảng $d = 2f$ ($f$ là tiêu cự).
- Dựa vào hình vẽ để chứng minh rằng trong trường hợp này, khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và khoảng cách từ vật đến thấu kính bằng nhau.
- Ảnh này có kích thước như thế nào so với vật?
- Chứng minh công thức tính tiêu cự trong trường hợp này: $f = \dfrac{d + d’}{4}$. Trong đó, $d’$ là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính.
Lời giải:
1. Chứng minh $d = d’$:
Xét hai cặp tam giác đồng dạng trên hình vẽ:
- $\triangle OAB \sim \triangle OA’B’$ (góc–góc) → $\dfrac{h}{h’} = \dfrac{d}{d’}$ (1)
- $\triangle OIF’ \sim \triangle A’B’F’$ (góc–góc), với $OI = AB = h$, $OF’ = f$, $A’F’ = d’ – f$: $$\dfrac{h}{h’} = \dfrac{f}{d’ – f} \quad (2)$$
Từ (1) và (2): $\dfrac{d}{d’} = \dfrac{f}{d’ – f}$
$\Rightarrow d(d’ – f) = d’ \cdot f \Rightarrow dd’ – df = d’f \Rightarrow dd’ = f(d + d’)$
$\Rightarrow f = \dfrac{dd’}{d + d’}$ (*)
Thay $d = 2f$ vào (*): $f = \dfrac{2f \cdot d’}{2f + d’} \Rightarrow 2f + d’ = 2d’ \Rightarrow d’ = 2f$
Vậy $d = d’ = 2f$.
2. Kích thước ảnh:
Từ (1): $\dfrac{h}{h’} = \dfrac{d}{d’} = 1 \Rightarrow h = h’$
→ Ảnh có kích thước bằng vật (và ngược chiều với vật).
3. Chứng minh công thức $f = \dfrac{d + d’}{4}$:
Khi $d = d’ = 2f$:
$$d + d’ = 2f + 2f = 4f \Rightarrow f = \dfrac{d + d’}{4}$$
(điều phải chứng minh).
II. Cách tiến hành
Nhóm chúng em đã tiến hành thí nghiệm theo các bước hướng dẫn trong SGK:
- Bước 1: Đo chiều cao $h$ của vật hình chữ F.
- Bước 2: Bố trí thí nghiệm như Hình 9.1. Đặt vật và màn chắn sát thấu kính, dịch đồng thời vật và màn ra xa dần thấu kính những khoảng bằng nhau cho đến khi quan sát được ảnh rõ nét trên màn → ghi giá trị $d$ và $d’$.
- Bước 3: Đo chiều cao $h’$ của ảnh trên màn.
- Lặp lại thí nghiệm 3 lần, ghi kết quả vào Bảng 9.1.
III. Báo cáo thực hành
BÁO CÁO THỰC HÀNH
Họ và tên: Nhóm 1 – Nguyễn Văn A, Trần Thị B, Lê Văn C Lớp: 9A
1. Mục đích thí nghiệm
Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ bằng dụng cụ thực hành (theo phương pháp Silbermann).
2. Chuẩn bị
Dụng cụ thí nghiệm gồm:
- Nguồn sáng;
- Vật sáng bằng kính mờ hình chữ F;
- Thấu kính hội tụ (ghi tiêu cự $f = 100$ mm);
- Màn chắn;
- Giá quang học đồng trục;
- Nguồn điện, dây nối.
3. Các bước tiến hành
Mô tả các bước tiến hành theo phần II ở trên.
4. Kết quả thí nghiệm
Bảng 9.1. Kết quả đo tiêu cự thấu kính hội tụ
| Lần đo | Khoảng cách từ vật đến màn (mm) | Khoảng cách từ ảnh đến màn (mm) | Chiều cao của vật (mm) | Chiều cao của ảnh (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | $d_1 = 199$ | $d’_1 = 201$ | $h_1 = 20$ | $h’_1 = 20$ |
| 2 | $d_2 = 200$ | $d’_2 = 200$ | $h_2 = 20$ | $h’_2 = 19$ |
| 3 | $d_3 = 201$ | $d’_3 = 199$ | $h_3 = 20$ | $h’_3 = 21$ |
| Trung bình | $\bar{d} = \dfrac{199 + 200 + 201}{3} = 200$ | $\bar{d}’ = \dfrac{201 + 200 + 199}{3} = 200$ | $\bar{h} = \dfrac{20 + 20 + 20}{3} = 20$ | $\bar{h}’ = \dfrac{20 + 19 + 21}{3} = 20$ |
Giá trị trung bình của tiêu cự:
$$\bar{f} = \dfrac{\bar{d} + \bar{d}’}{4} = \dfrac{200 + 200}{4} = 100 \text{ (mm)} = 10 \text{ (cm)}$$
Trả lời các câu hỏi
Câu 1. Nhận xét về chiều cao $\bar{h}$ của vật và chiều cao $\bar{h}’$ của ảnh
Từ kết quả thí nghiệm: $\bar{h} = \bar{h}’ = 20$ mm.
→ Chiều cao của ảnh bằng chiều cao của vật ($\bar{h} = \bar{h}’$). Điều này phù hợp với lí thuyết: khi $d = d’ = 2f$ thì ảnh có kích thước bằng vật.
Câu 2. So sánh giá trị $\bar{f}$ với số liệu tiêu cự ghi trên thấu kính
- Giá trị đo được: $\bar{f} = 100$ mm.
- Giá trị ghi trên thấu kính: $f = 100$ mm.
→ Giá trị $\bar{f}$ đo được rất gần (hoặc bằng) với giá trị ghi trên thấu kính. Sai số nhỏ có thể đến từ dụng cụ đo và quá trình điều chỉnh vị trí thấu kính.
Câu 3. So sánh ưu, nhược điểm của phương pháp Silbermann với phương án đo trực tiếp
Phương án đo trực tiếp khoảng cách OF:
- Ưu điểm: ý tưởng đơn giản, dễ hiểu.
- Nhược điểm: khó tạo chùm sáng song song; khó xác định chính xác vị trí tiêu điểm F và quang tâm O; sai số lớn.
Phương pháp Silbermann:
- Ưu điểm:
- Đo gián tiếp qua $d$, $d’$ trên thước nên đơn giản, dễ thực hiện.
- Không cần nguồn sáng song song.
- Có thể đo lại nhiều lần lấy trung bình nên giảm được sai số, kết quả chính xác hơn.
- Nhược điểm:
- Cần thời gian điều chỉnh để có ảnh rõ nét và bằng vật.
- Phải đo thêm chiều cao của vật và ảnh để kiểm tra điều kiện $h = h’$.
→ Nhìn chung, phương pháp Silbermann cho kết quả chính xác hơn so với phương án đo trực tiếp.
Cô Trần Thị Thanh Thảo
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS
Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu