LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM SỐ 4 ĐIỀU CHỈNH VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ QUANG HỌC PHỔ BIẾN

VậT Lý II Lý thuyết Thí nghiệm Số 4
điều chỉnh và sử dụng các thiết bị quang học phổ biến
Mục đích của bài lý thuyết thí nghiệm này là nghiên cứu bằng lý thuyết và thực nghiệm cách điều chỉnh các thị kính,
ống ngắm, kính tự chuẩn và ống chuẩn trực, các cấu kiện quang học phổ biến, các thành phần cơ bản của giác kế mà
chúng ta sẽ sử dụng sau này. Các cách điều chỉnh này sử dụng các phương pháp điển hình phổ biến nhất.

1. THị kính : nguyên lý và cách điều chỉnh
Thị kính (Oculaire) là hệ thống quang học đặt ngay trước mắt (oculus = mắt tiếng la tinh).
Dạng sơ đẳng nhất của thị kính là một thấu kính hội tụ mỏng sử dụng như kính lúp, chính là kính mắt.
Ta đặt trong tiêu diện vật F của thấu kính một tiêu chữ thập hoặc có chia độ micromét sao cho mắt có thể nhìn thấy
bình thường không điều tiết.
(LC)
khoảng ngắm

F
Tiêu chữ thập
hoặc
chia độ micromét

Tiêu chữ thập

Tiêu chia độ micromét

Hình 1
Đặt mắt sát ngay thị kính (để ánh sáng ra khỏi thị kính đi ngay vào mắt), ta có mắt nằm ngay lân cận tiêu điểm ảnh F
của kính lúp.
Trong thực tiễn, khoảng cách giữa kính mắt và tiêu chữ thập có thể điều chỉnh được : đó là sự điều chỉnh ngắm chừng.



1) Nhận biết một thị kính trong các thiết bị quang học trên bàn thí nghiệm và thực hiện điều chỉnh ngắm chừng so

cho thấy rõ tiêu chữ thập (chia độ).





2) Có thể nói gì về vị trí của tiêu chữ thập (chia độ) nếu mắt là bình thường (điểm cực cận ở 25 cm, điểm cực viễn ở
vô cực) đặt ở F với tiêu cự kính mắt 3 cm ?
Trong thực tiễn, để giảm bớt quang sai và sắc sai, để tăng khoảng ngắm và khẩu độ các chùm tia người ta thường sử
dụng thị kính là lưỡng kính gồm 2 thấu kính hội tụ mỏng, kính mắt và một kính trường (hình 2).
kính trường
ánh sáng

L2 kính mắt

khoảng ngắm

L1

F2
F1
Tiêu chia độ tại tiêu diện vật của kính mắt

Hình 2
Trong trường hợp hình 2, tiêu điểm vật của lưỡng kính là ảo. Ta gọi đó là lưỡng kính âm. Trong trường hợp đó tiêu chữ
thập (chia độ) được đặt tại tiêu diện vật của kính mắt.
Trong trường hợp hình 3, tiêu điểm vật của lưỡng kính là thực. Ta gọi đó là lưỡng kính dương. Trong trường hợp đó tiêu
chữ thập (chia độ) được đặt tại tiêu diện vật của lưỡng kính.
ánh sáng
kính trường

kính mắt

khoảng ngắm

F

L1

O1

L2
O2

kính chia độ tại tiêu diện vật lưỡng kính
Hình 3
Vật lý II Lý thuyết thí nghiệm 4

1


Đối với những thị kính kép tốt với hai thấu kính hội tụ, ta thường có
f '1 = F1O1 = 3 cm, O1O2 = 2 cm, f '2 = O2F '2 = 1 cm

3) Chứng tỏ thị kính trên là lưỡng kính âm.
2. Kính ngắm vô cực : nguyên lý và cách điều chỉnh
2.1 Mô tả

kính trường

bản bán phản xạ gập lại

kính mắt

vật kính
chữ thập định hướng
ánh sáng

M1
thị kính

Nút điều chỉnh
ống ngắm vật kính

M2

bản bán phản xạ ở vị trí

Nút điều chỉnh
ống ngắm thị kính

Kính ngắm vô cực
Hình 4

Kính ngắm vô cực cơ bản bao gồm
Một thị kính (thường là lưỡng kính)
Một tiêu chữ thập được rọi sáng bằng một nguồn sáng phụ
Một vòng định hướng của kính chữ thập
Hai nút vặn điều chỉnh M1 và M2 hay hai vòng điều chỉnh
Một vật kính
Một đèn phụ trợ

Một bản kính bán phản xạ có thể gâp lại được nhờ một cần kéo : đặt chéo 450 so với trục của kính ngắm, nó rọi
sáng kính chữ thập và cho phép ánh sáng truyền dọc theo trục kính ngắm theo hai chiều ngược nhau (xem mũi tên trên
hình 4).
Để điều chỉnh, người ta đặt phụ thêm một gương phẳng (MP) sao cho có thể bố trí phí trước kính đối diên với
vật kính để phản chiếu ánh sáng đi ra trở lại vào trong kính.
Hai nút vặn điều chỉnh M1 và M2 cho phép thay đổi
Khoảng ngắm giữa thị kính và mặt phẳng tiêu chữ thập đối với M1
Khoảng ngắm giữa vật kính và khối còn lại (thị kính + tiêu chữ thập) đối với M2.
2.2 Thực hành điều chỉnh



4) Điều chỉnh thị kính kính ngắm sao cho thấy rõ chữ thập bằng cách sử dụng nút vặn M1 . Chỉnh hướng chữ thập
bởi vòng định hướng sao cho chữ thập nằm ngang.

5) Mở sáng đèn phụ và đặt kính bán phản xạ nằm 45 so với trục kính ngắm.
6) Đặt ở phía đầu kính ngắm đối diện với vật kính gương phẳng MP. Điều chỉnh sao cho ánh sáng phản xạ vào lại
0

một cách chuẩn xác (hai chữ thập trùng khớp nhau, cụ thể như hình 5c) hoặc 5d)).
ĐIều chỉnh tự chuẩn
lý tưởng

5 a)

Dịch chuyển gương không tốt
ảnh phản hồi chỉnh không rõ

5 b)

5 c)

Dịch chuyển gương không tốt
Dịch chuyển gương tốt
ảnh phản hồi chỉnh rõ
ảnh phản hồi chỉnh không rõ

5 d)
Dịch chuyển gương tốt
ảnh phản hồi chỉnh rõ

Hình 5
Vật lý II Lý thuyết thí nghiệm 4

2




7) Điều chỉnh M2 sao cho chữ thập phản xạ thấy rõ (hình 5b) và 5d)).
Điều chỉnh đạt lý tưởng khi tia phản xạ chuẩn xác và chữ thập thấy rõ nét như trên hình 5d).





8) Chỉ ra rằng nếu người ta có thể không để ý đến khoảng ngắm chừng của thị kính, phương pháp này đảm bảo hệ
thị kính vật kính tương đương với một lưỡng kính vô tiêu, nghĩa là với một chùm sáng thực chiếu từ vật kính đến thị
kính, tiêu điểm ảnh F 'obj của vật kính trùng với tiêu điểm vật Foc của thị kính.
Từ đây về sau, ta xem kính ngắm vô cực như một lưỡng kính vô tiêu với tiêu cự f 'obj và f 'oc (hình 6).

ánh sáng

'


B

Fobj' = ocF

B ' thị kính

vật kính
Hình 6

9) Độ bội giác của kính ngắm trên là bao nhiêu ? (G = f '

obj

/ f 'oc)

3. Kính chuẩn trực : nguyên lý và cách điều chỉnh
3.1 Mô tả

vật kính
đèn

thước chữ thập trên kính mờ

M

ánh sáng
nút điều chỉnh khoảng ngắm vật kính - kính chữ thập

kính chuẩn trực giác kế với thước chữ thập chiếu sáng

khe điều chỉnh được
vật kính

ánh sáng
đèn chiếu sáng khe

M

nút điều chỉnh khoảng ngắm vật kính - khe

kính chuẩn trực giác kế với khe chiếu sáng

Hình 7

Hình 7 mô tả cấu trúc của hai loại kính chuẩn trực : loại mà ta có thể gắn dễ dàng trên bàn quang học với tiêu chữ thập
được chiếu sáng bởi đèn phía trong, và loại thường gắn trên các giác kế với khe được chiếu sáng bởi nguồn sáng ngoài.
3.2 Thực hành điều chỉnh
Kính chuẩn trực được điều chỉnh với sự hỗ trợ của một kính ngắm vô cực đã được hiệu chỉnh trước.

M
Kính chuẩn trực

Kính ngắm vô cực

M2

M1

Hình 8
Ta thử thực hiện cụ thể trong trường hợp kính chuẩn trực của giác kế với khe chiếu sáng.
Vật lý II Lý thuyết thí nghiệm 4

3




10) Đặt đối diện nhau kính chuẩn trực và kính ngắm, nhìn vào thị kính sao cho thấy được ảnh của khe chiếu sáng.
Thông thường viền khe ban đầu mờ. Ta hãy điều chỉnh khoảng ngắm của kính chuẩn trực bằng nút vặn M sao cho ảnh
của khe được thấy rõ nét trong kính, cũng như thấy rõ nét tiêu chữ thập của kính (hình 9a) và 9b)).



Đường viền khe rõ sắc
Kính chuẩn trực tốt

Đường viền khe không sắc
Kính chuẩn trực không tốt

a)

b)
Hình 9

11) Sử dụng một kính chuẩn trực, một màn ảnh và thước decimét đôi, hãy đo nhanh tiêu cự một thấu kính hội tụ
bằng phương pháp chuẩn trực theo như sơ đồ hình 10.

Kính chuẩn trực với
thước chia độ

Thấu kính

Màn ảnh

Hình 10
Để có độ chính xác tốt hơn, người ta sử dụng dụng cụ quang học xác định giá trị đo tốt hơn thước decimét.
Đó chính là ống ngắm khoảng cách hữu hạn mà ta sẽ nghiên cứu ở phần sau.

4. ống ngắm khoảng cách hữu hạn
4.1 Mô tả
Nắp đậy
Thị kính
Thấu kính nắp đậy
LB

Lobj

Kính
mắt

Kính trường

Thước chia độ

Vật kính
á áánh sáng

M1

M2

Kính ngắm vô cực +NắP đậy = kính ngắm khoảng cách hữu hạn
Hình 11
Trên hình 11 là sơ đồ kính ngắm vô cực bị "cắt" bởi một nắp đậy bao gồm một thấu kính hội tụ được gắn ngay sát phía
trước vật kính. Kính ngắm vô cực liên hợp mặt phẳng vô cực với mặt phẳng tiêu chữ thập. Dưới tác dụng thấu kính nắp
đậy, nó chỉ liên hợp mặt phẳng tiêu với tiêu diện của thấu kính nắp đậy.
Ta có sơ đồ tạo ảnh như sau :
Thấu kính Vật kính
nắp đậy



FLB

Thị kính

F '

obj

=

= F

Kính chia độ

Thị kính

Mắt

điểm vàng

Trong điều kiện đó ống ngắm thực hiện hiệu chỉnh trên mặt phẳng ứng chứa tiêu điểm thấu kính nắp đậy nằm khoảng
15cm trước nắp đậy. Con số đó thường là do nhà sản xuất đưa ra.

Vật lý II Lý thuyết thí nghiệm 4

4


Cho nên người ta khẳng định trong thực tế không cần phải hiệu chỉnh gì cả : nếu kính ngắm vô cực đã được hiệu chỉnh
tốt hoặc đã "cố định" (hiệu chỉnh từ nơi sản xuất), chỉ cần gắn thêm nắp đậy.



12) Sử dụng một kính chuẩn trực và một ống ngắm khoảng cách hữu hạn, hãy đo nhanh và chính xác tiêu cự một
thấu kính hội tụ bằng phương pháp chuẩn trực theo sơ đồ hình 10.

5. Giác kế : nguyên lý và cách điều chỉnh
5.1 Mô tả

Kính chuẩn trực thứ cấp chia độ micro

Kính ngắm tự chuẩn

Vòng tròn chia độ

Kính chuẩn trực chính

Mâm đặt lăng
kính

Khe vào

Trục quay

Hình 11

Vòng chia độ
Mâm đặt lăng kính

(platine)
Kính chuẩn trực chính

Kính ngắm tự chuẩn

fente
Nguồn sáng
Kính chuẩn trực thứ cấp

micromộtrique
Hình 12
Giác kế về cơ bản gồm có

Một đế cố định gắn với vòng chia độ với trục quay thẳng đứng , có du xích để đọc giá trị góc.
Một mâm di động quay xung quanh mà ta thường đặt trên đó quang cụ tán sắc như lăng kính hoặc cách tử...
Một kính tự chuẩn có tiêu chữ thập định hướng được, với sự hiệu chỉnh ngắm chừng của thị kính và khối thị
kính và tiêu chữ thập
Một kính chuẩn trực điều chỉnh được về độ nghiêng và bề rộng, được chiếu sáng bởi nguồn sáng để phân tích
quang phổ
Một kính chuẩn trực thứ cấp chia độ micromét cho phép chiếu một thước micromét đã được chia độ và đánh số
dành cho sự định chuẩn và đo bước sóng ánh sáng.
Hãy làm quen với sự chỉ dẫn của giáo viên, sau đó mô tả cẩn thận cấu tạo cơ học và chức năng
Các vít cố định
Các vít thực hiện sự quay mịn (chính xác)
Các vít thực hiện sự nghiêng
Thiết bị bật sáng nguồn sáng trong của kính tự chuẩn
Thiết bị điều chỉnh ngắm chừng của kính ngắm và hai kính chuẩn trực
Thiết bị điều chỉnh các tiêu
Thiết bị điều chỉnh khe vào
Thiết bị định hướng kính ngắm và hai kính chuẩn trực
Thiết bị cố định kính ngắm, hai kính chuẩn trực, đế quay di động
Có thể thực hiện các sự điều chỉnh qua lại nhiều lần để hiểu rõ chức năng hoạt động các bộ phận trên.

13) Xem kỹ các ảnh minh họa và xác định các thành phần cơ bản của giác kế
5.2 Cách điều chỉnh cơ bản

14) Theo thứ tự
Điều chỉnh thị kính của kính ngắm tự chuẩn bằng cách hiệu chỉnh rõ nét trên tiêu
Điều chỉnh vật kính của kính ngắm tự chuẩn bằng phương pháp tự chuẩn
Điều chỉnh kính chuẩn trực bằng cách hiệu chỉnh rõ nét khe sáng với sự trợ giúp của kính ngắm tự chuẩn
Vật lý II Lý thuyết thí nghiệm 4

5

Mặt khác cố định giác kế trên bàn sao cho mặt vòng chia độ luôn luôn nằm ngang (có thể điều chỉnh bằng thiết bị bọt
nước). Cố gắng giữ tốt nhất sự song song của mâm quay và đế cố định bằng cách điều chỉnh các vít nghiêng. Cố gắng
giữ tốt nhất khi quay mâm xung quanh , các trục kính ngắm và kính chuẩn trực luôn giữ trạng thái song song với mặt
phẳng ngang của đế.
Sự điều chỉnh nằm ngang đó khá là tinh tế và cần thực hiện sao cho tốt nhất : tiêu chuẩn cuối cùng là sao cho tâm chữ
thập của tiêu và của thước chia độ micro tập trung vào tâm vòng ngắm của kính ngắm trong mọi thao tác quay xung
quanh trục . Điều đó đòi hỏi một chút khéo léo.

6. các Điều chỉnh phụ
6.1 Du xích
Cách đọc giá trị góc được thực hiện theo 2 bước.

0
Vạch đọc
121

10

Vạch đọc
n 2

20

30

18

120 30

'

121

120


130
Hình 13

Bước 1 : đọc giá trị trên thước đo chính ngay trước vạch 0 của du xích : trên hình 13 là giá trị 1210
Bước 2 : tìm giá trị lẻ trên du xích bằng vạch trùng nhau tốt nhất trên du xích và thước chính : trên hình 13 là giá trị 18
Giá trị cuối cùng của hình 13 là 121 18 ' = 121 + 18 '
Cẩn thận để đừng dễ lầm với trường hợp hình 14 121 48 ' = 121 + 30 ' +18 '

0
Vạch đọc
n1
121

10

Vạch đọc
n2

20

30

18

121 30
'

121

120

130
Hình 14

6.2 Sử dụng kính chuẩn trực chia độ micro
Ta thực hiện điều chỉnh giống như ống chuẩn trực chính với sự trợ giúp của kính ngắm tự chuẩn, nhưng vật chiếu sáng
là một thước chia độ micro thay vì là khe sáng.
Sau đó ta sử dụng nó bằng cách phản xạ trên mặt tia ra của quang cụ tán sắc (lăng kính hoặc cách tử), sao cho thu hồi
được trong thị kính của ống ngắm ảnh của thước chia độ micro.



15) Giả thiết là kính ngắm tự chuẩn và kính chuẩn trực chính đã được hiệu chỉnh tốt. Hãy điều chỉnh kính chuẩn
trực thứ cấp với điểm ngắm micro.



16) Đặt một lăng kính trên mâm giác kế và chiếu sáng khe với ánh sáng đèn hơi thủy ngân, hãy điều chỉnh sao cho
vạch thước đo micro, giả dụ vạch số 8 trùng với vạch xanh vàng 546,1nm, vạch rõ nhất của đèn hơi thủy ngân.

Vật lý II Lý thuyết thí nghiệm 4

6