LUẬN văn sư PHẠM vật lý NGHIÊN cứu về PHƯƠNG PHÁP đo THẤU KÍNH và CÁCH GHÉP THẤU KÍNH QUA bộ THÍ NGHIỆM của HÃNG PHYWE

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM
BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ


NGHIÊN CỨU VỀ PHƢƠNG PHÁP ĐO THẤU KÍNH VÀ
CÁCH GHÉP THẤU KÍNH QUA BỘ THÍ NGHIỆM
CỦA HÃNG PHYWE
TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Ngành: SƢ PHẠM VẬT LÝ – TIN HỌC

GV hƣớng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Ths.Nguyễn Hữu Khanh Nguyễn Đức Duy
Mã số SV: 1090239
Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học
Khóa: 35
Cần Thơ, Năm 2013

1


MỤC LỤC
******
Phần MỞ ĐẦU ................................................................................................................5
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ........................................................................................... 5
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................... 5
3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI........................................................................................ 5
4. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN ........................................... 5

5. CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM ............................................................. 5
Bƣớc 1: Nghiên cứu lý thuyết ..................................................................................... 5
Phần NỘI DUNG ............................................................................................................6
Chƣơng 1: THẤU KÍNH MỎNG ....................................................................................6
1.1. ĐỊNH NGHĨA: ..................................................................................................... 6
1.2. TIÊU ĐIỂM, TIÊU CỰ, MẶT PHẲNG TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH............. 6
1.3. CÔNG THỨC THẤU KÍNH MỎNG .................................................................. 7
1.4. ĐỘ TỤ, TIÊU CỰ, TIÊU ĐIỂM CỦA THẤU KÍNH MỎNG. ........................... 7
1.5. CÁC TIA ĐẶC BIỆT. ĐỘ PHÓNG ĐẠI ẢNH .................................................. 8
1.6. PHƢƠNG PHÁP ĐO TIÊU CỰ THẤU KÍNH HỘI TỤ VÀ THẤU KÍNH
PHÂN KỲ. ....................................................................................................................... 9
1.6.1. Xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ bằng 3 phƣơng pháp. .........................9
1.6.1.1. Phƣơng pháp tự chuẩn ...............................................................................9
1.6.1.2. Phƣơng pháp Sibermen. .............................................................................9
1.6.1.3. Phƣơng pháp Bessel .................................................................................10
1.6.2. Xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ bằng 2 phƣơng pháp ....................10
1.6.2.1. Phƣơng pháp tự chuẩn ..............................................................................10
Chƣơng 2: NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC ..................12
Chƣơng 3: CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC .................................................................15
3.1. KÍNH LÚP .......................................................................................................... 15
3.1.1. Định nghĩa ...................................................................................................15
3.1.1.1. Cấu tạo ......................................................................................................15
3.1.1.2. Cách ngắm chừng ở điểm cực cận và cách ngằm chừng ở vô cực ...........15
3.1.1.3. Độ bội giác của kính lúp ...........................................................................15
3.2. KÍNH HIỂN VI ................................................................................................. 16
3.2.1. Định nghĩa ..................................................................................................16
3.2.1.1. Cấu tạo: ...................................................................................................16
3.2.2. Độ bội giác của kính hiển vi ......................................................................18
3.2.3. Năng suất phân li của kính hiển vi .............................................................18

2


3.3. KÍNH THIÊN VĂN .......................................................................................... 18
3.3.1. Cấu tạo .......................................................................................................18
3.3.2. Ngắm chừng qua kính thiên văn. ...............................................................19
3.3.3. Độ bội giác .................................................................................................20
3.3.4. Năng suất phân li của kính thiên văn .........................................................20
3.3.4.1. Kính Thiên văn Galile. ...........................................................................20
3.3.4.2. Cải tiến của Kepler .................................................................................22
3.4. MÁY CHIẾU .................................................................................................... 24
3.4.1. Cơ chế ........................................................................................................24
3.4.2. Tiêu cự dài điều chỉnh................................................................................24
3.4.3. Chiếu sáng ..................................................................................................25
3.4.4. Lịch sử .......................................................................................................25
3.4.5. Sử dụng trong giáo dục ..............................................................................25
3.4.6. Cách tính kích thƣớc màn hình và khoảng cách cho máy chiếu................25
Chƣơng 4: NĂNG SUẤT PHÂN LI VÀ SAI SỐ .........................................................27
4.1. NĂNG SUẤT PHÂN LI CỦA DỤNG CỤ QUANG HỌC ............................. 27
4.1.1. Định nghĩa ..................................................................................................27
4.2. SAI SỐ .............................................................................................................. 27
4.2.1. Khái niệm sai số: ........................................................................................27
4.2.2. Sai số hệ thống. ..........................................................................................28
4.2.2.1. Sai số đo phƣơng pháp. ...........................................................................28
4.2.2.2. Sai số ngẫu nhiên ....................................................................................28
4.2.2.2.1. Khái niệm thống kê và sai số ngẫu nhiên. ..........................................28
4.2.2.2.1.1. Xác suất xảy ra cực đại (tần số xuất hiện cực đại) ở giá trị trung bình
x của tất cả kết quả đo. ...............................................................................................28
4.2.2.2.1.2. Xác suất giảm một cách đối xứng hai bên điểm cực đại, nghĩa là các
sai số ngẫu nhiên bằng nhau và trái dấu có cùng xác suất. ........................................29

4.2.2.2.1.3. Bằng lí thuyết xác suất, ngƣời ta đã tính đƣợc rằng với tần số đo vô
cùng lớn, kết quả đo sẽ có:.........................................................................................29
4.2.2.2.1.3.1. Độ lệch chuẩn................................................................................29
4.2.2.2.1.3.2. Sai số chuẩn ζm. ............................................................................29
4.2.2.3. Sai số tuyệt đối và sai số tƣơng đối ........................................................29
4.2.2.3.1. Sai số tuyệt đối ....................................................................................29
4.2.2.3.2. Sai số tuyệt đối. ...................................................................................30
4.2.2.3.3. Làm tròn sai số ....................................................................................30
4.2.2.3.3.1. Chữ số có ý nghĩa.............................................................................30
4.2.2.3.3.2. Làm tròn số và viết kết quả. .............................................................30
3


4.2.2.3.3.2.1. Làm tròn số ...................................................................................30
4.2.2.3.3.2.2. Làm tròn sai số khi tính toán .........................................................30
4.3. CÁCH VIẾT KẾT QUẢ ................................................................................... 31
4.3.1. Sai số trong phép đo gián tiếp ....................................................................31
4.3.1.1. Nguyên tắc chung về sai số. ...................................................................31
4.3.1.2. Trƣờng hợp G là các hàm tuyến tính của các đại lƣợng Gi ....................31
Chƣơng 5: MÔ TẢ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ............................................................32
5.1.1. Bộ thí nghiệm ..............................................................................................32
Chƣơng 6: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM .......................................................................36
6.1. THAO TÁC CHUẨN BỊ .................................................................................... 36
6.1.1. Lắp ráp và tiến hành thí nghiệm ..................................................................36
6.1.1.1. Một chùm ánh sáng song song đƣợc tạo ra với bóng đèn và cái tụ đôi. ..36
6.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .................................................................................. 38
Phần KẾT LUẬN ..........................................................................................................42

4

Phần MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

 Do nhu cầu đổi mới phƣơng pháp giảng dạy và học tập trong nhà trƣờng phổ
thông và tầm quan trọng của việc nghiên cứu khoa học bằng thực nghiệm nên, cũng
nhƣ tính thực nghiệm của việc nghiên cứu tính chất của ánh sáng thông qua hiện tƣợng
tán sắc ánh sáng nên tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu về các định luật về thấu
kính và các thiết bị quang học bằng bộ thí nghiệm LEP 2102 – 00 do hãng PHYWE
sản xuất” để thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình.

2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
- Nghiệm lại các định luật thấu kính và các thiết bị quang học bằng bộ thí nghiệm.
- So sánh những ƣu khuyết điểm của bộ sản phẩm của hãng PHYWE với bộ dụng
cụ cũ trong phần thực hành quang trƣớc đo.

3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
- Xác định tiêu cự của một thấu kính lồi bằng cách đo khoảng cách giữa ảnh và vật
bằng phƣơng pháp Bessel.
- Xây dựng các mô hình dụng cụ quang học:
 Máy chiếu phim; quy mô hình ảnh đƣuọc xác định
 Kính hiển vi; độ phóng đại đƣợc xác định
 Kính thiên văn Kepler
 Kính thiên văn Galileo

4. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN
- Phƣơng pháp thực hiện đề tài này là phƣơng pháp thực nghiệm vì phƣơng pháp
này mang tính khách quan, dễ dàng kết luận về hiện tƣợng đang nghiên cứu.
- Phƣơng tiện chủ yếu để thực hiện đề tài là bộ sản phẩm thí nghiệm LEP 2102_00
của hãng PHYWE, bên cạnh đó cũng tham khảo thêm từ nguồn học liệu của các giáo

trình có liên quan đến các bài thí nghiệm trên

5. CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
Bƣớc 1: Nghiên cứu lý thuyết
Bƣớc 2: Lắp ráp và vận hành thí nghiệm
Bƣớc 3: Tiến hành đo đạc, lấy số liệu thực nghiệm
Bƣớc 4: Phân tích số liệu và hoàn thành đề tài
Bƣớc 5: Báo cáo đề tài

5


Phần NỘI DUNG
Chƣơng 1: THẤU KÍNH MỎNG
1.1. ĐỊNH NGHĨA:
Thấu kính là một khối trong suốt đƣợc giới hạn bởi 2 mặt trong đó có ít nhất là một
mặt cầu.
Thấu kính mỏng là thấu kính có khoảng cách giữa hai đỉnh của 2 chỏm cầu rất nhỏ
so với bán kính của các mặt cầu O1O2 « R1R2.
Ta chỉ xét trƣờng hợp thấu kính mỏng có mặt cầu, đặt trong một môi trƣờng đồng
tính và gọi n là chiết suất tỉ đối của thấu kính với môi trƣờng đó.
Căn cứ vào hình dạng và tác dụng của các thấu kính, ngƣời ta phân thấu kính ra làm
hai loại: thấu kính hội tụ (thấu kính rìa mỏng) và làm thấu kính phân kỳ(thấu kính rìa
dày).
Đƣờng thẳng đi qua tâm và các đỉnh của các mặt cầu gọi là trục chính, các đƣờng
thẳng đi qua tâm nhƣng không đi qua đỉnh gọi là trục phụ. Khi thấu kính khá mỏng ta
xem nhƣ O trùng O1 trùng O2. Điểm O đƣợc gọi là quang tâm.

1.2. TIÊU ĐIỂM, TIÊU CỰ, MẶT PHẲNG TIÊU CỰ CỦA THẤU
KÍNH

Đối với thấu kính rìa mỏng nếu các tia tới song song với trục chính của một thấu
kính hội tụ thì các tia ló của chúng sẽ cùng cắt trục chính tại tiêu điểm chính của thấu
kính.
Theo nguyên lý về tính thuận nghịch của chiều truyền của ánh sáng, nếu tia tới đi
qua tiêu điểm chính của thấu kính hội tụ thì tia ló sẽ song song với trục chính.
Đối với thấu kính rìa dày(thấu kính phân kỳ), khi chùm tia tới song song với trục
chính thì chùm tia ló sẽ phân kỳ và đƣờng kéo dài của các tia ló ra phía trƣớc thấu kính
sẽ cắt trục chính tại một điểm F’, gọi là tiêu điểm chính của thấu kính phân kỳ. Ta gọi
tiêu điểm chính này là một tiêu điểm ảo.
Phần giữa của thấu kính, nằm giữa hai đỉnh của hai chỏm cầu coi nhƣ một bản trong
suốt rất mỏng có hai mặt song song với nhau. Hai đỉnh của chỏm cầu coi gần nhƣ
trùng với nhau tại đó. Tia sáng đi qua điểm này sẽ truyền thẳng. Điểm này gọi là
quang tâm của thấu kính và đƣợc kí hiệu bằng chữ O.
Các đƣờng thẳng đi qua quang tâm O và không trùng với trục chính đƣợc gọi là các
trục phụ.
Thực nghiệm cho thấy mỗi thấu kính mỏng có 2 tiêu điểm chính nằm đối xứng với
nhau ở hai bên quang tâm. Chúng đƣợc kí hiệu bằng chữ F và F’. Một tiêu điểm gọi là
tiêu điểm vật (F) còn tiêu điểm kia gọi là tiêu điểm ảnh (F’).
Tiêu điểm ảnh là điểm mà tia ló (hoặc đƣờng kéo dài của nó) sẽ đi qua, nếu tia tới
song song với trục chính. Còn tiêu điểm vật (F) là tiêu điểm mà khi tia tới qua đó sẽ
cho một tia ló song song với trục chính. Rõ ràng là sự phân định này phụ thuộc vào
chiều của tia tới.
Khoảng cách f từ quang tâm đến các tiêu điểm chính gọi là tiêu điểm của thấu kính.
F = OF = OF’
(1.1)
Thực nghiệm cho thấy nếu chùm tia tới song song với một trục phụ của một thấu
kính hội tụ thì chùm tia ló sẽ hội tụ tại một điểm F1' trên trục phụ đó, đó là một tiêu
điểm phụ của thấu kính hội tụ.
Đối với thấu kính phân kì, khi chùm tia tới song song với một trục phụ thì chùm tia
ló sẽ là chùm tia phân kì mà đƣờng kéo dài của các tia ló về phía trƣớc thấu kính đồng

6


quy tại một điểm
trên trục phụ đó, đó là một tiêu điểm phụ của thấu kính phân kì.
Tiêu điểm này là tiêu điểm ảo.
Có vô số tiêu điểm phụ: Các tiêu điểm phụ đều nằm trên một mặt phẳng vuông góc
với trục chính. Mặt phẳng đƣợc gọi là tiêu diện của thấu kính. Mỗi thấu kính có hai
tiêu diện nằm ở hai bên quang tâm.

1.3. CÔNG THỨC THẤU KÍNH MỎNG
Vì thấu kính là mỏng nên ta có thể xem nhƣ O1 và O2 trùng với quang tâm O, nên ta
có công thức của thấu kính mỏng:
n2 n1 n  n1 n2  n
 

R1
R2
d' d

(2.2)

Với: d '  OP2'  O2 P2' , d  OP  OP'
Khi thấu kính mỏng đặt trong môi trƣờng đồng chất ta có n1=n2=n0 thì công thức
thấu kính mỏng trở thành.
1 1 n  n0  1
1 
  
 
'

n0  R1 R2 
d d

(1.3)

Khi thấu kính đặt trong không khí ta có n1=n2=n0=1. Thì công thức thấu kính mỏng
trở thành.
1
1 1
1 
  n  1  
'
d d
 R1 R2 

(1.4)

1.4. ĐỘ TỤ, TIÊU CỰ, TIÊU ĐIỂM CỦA THẤU KÍNH MỎNG.
Độ tụ của thấu kính mỏng bằng tổng độ tụ của 2 mặt cầu khúc xạ giới hạn nó.
n  n1 n2  n

R1
R2
n2
n
Khi d = -∞ ta có: d '  f '  OF ' 
 2
n  n1 n2  n 

R1

R2
  1   2 

(1.5)
(1.6)

Khoảng cách OF '  f ' là tiêu cự thứ 2 và F’ là tiêu điểm chính thứ 2 của thấu
kính mỏng.
Khi d’ = ∞ ta có: d  f  OF 

n1

n  n1 n2  n

R1
R2



n1


(1.7)

Khoảng cách OF  f là tiêu cự thứ nhất và F là tiêu điểm chính thứ nhất của
thấu kính mỏng.
Ta thấy

f'
f

1
   . Điều này chứng tỏ hai tiêu điểm F và F’ luôn luôn nằm
n2
n1 

ở 2 phía của thấu kính vì n1, n2 luôn luôn dƣơng.
Với thấu kính hội tụ ta có Ф > 0 và f’ > 0 trong trƣờng hợp này F’ là tiêu điểm thật.
Với thấu kính hội tụ ta có Ф < 0 và f’ < 0 trong trƣờng hợp này F’ là tiêu điểm ảo.
Khi thấu kính đặt trong môi trƣờng đồng chất ta có n1=n2=n0 ta có:
1 1 
n
(1.8)
  n1  n0    và f '   f  0

 R1 R2 

7


Khi thấu kính đặt trong không khí ta có n1=n2=n0=1 ta có:
1 1 
n
  n1  1   và f '   f  0

 R1 R2 

(1.9)

1.5. CÁC TIA ĐẶC BIỆT. ĐỘ PHÓNG ĐẠI ẢNH
Để vẽ ảnh qua thấu kính mỏng ta thƣờng sử dụng các tia đặc biệt sau.

Tia tới song song với trục chính cho tia ló (hay đƣờng kéo dài của tia ló) qua tiêu
điểm chính F’.
Tia tới qua quang tâm O sẽ truyền thẳng. Độ phóng đại ảnh của vật qua thấu kính
đƣợc xác định theo tỉ số:
y' d '
(1.10)
 
y d
Bảng 1.1
Vật
Tính
chất

Ảnh
Vị trí

Tính chất

d > 2f
d = 2f
f < d < 2f
THẬT

d≥0

THẬT
Không xác
định
ẢO
Không xác

định
THẬT

d=f
0d=0

ẢO

d<0

Vị trí
f < d’ < 2f
d’ = 2f
d’ > 2f
d’ → ∞
d’ < 0

Chiều và độ
lớn
-1 < k < 0
k = -1
k < -1
Không xác
định
k>1

d’ = 0

k=1

0 < d’ < f

0
Bảng 1.2
Vật

Ảnh

Tính
chất

Vị trí

Tính chất

Vị trí

Chiều và độ
lớn

THẬT

d>0

ẢO

f < d’ < 0

0
Không xác
định
THẬT
Không xác
định

d’ = 0

k=1

d’ > 0

k>1

d’ → ∞

Không xác định

d’ < 2f
d’ = 2f
2f < d’ < f

k < -1
k = -1
-1 < k < 0

d=0
f

ẢO

d=f
2f < d < 2
d = 2f
d < 2f

ẢO

8


1.6. PHƢƠNG PHÁP ĐO TIÊU CỰ THẤU KÍNH HỘI TỤ VÀ THẤU
KÍNH PHÂN KỲ.
1.6.1. Xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ bằng 3 phƣơng pháp.
1.6.1.1. Phương pháp tự chuẩn
Cách 1:
+ Dùng chùm tia sáng song song: điều chỉnh đèn chiếu thí nghiệm để tạo ra
chùm sáng song song chiếu vào thấu kính theo phƣơng song song với trục chính.
+ Di chuyển màn hình dọc theo trục chính của thấu kính hội tụ cho tới khi thấy
ảnh rõ nét của nguồn sáng trên màn ảnh đó (gần nhƣ một điểm). Khoảng cách từ thấu
kính hội tụ tới màn ảnh là tiêu cự cần xác định.
+ Lặp lại thí nghiệm nhiều lần. Tính giá trị trung bình của f và sai số ∆f.
Cách 2: Xác định tiêu cự bằng công thức f 

d .d '
d  d'

- Bố trí đèn chiếu, dias chữ L (làm vật), thấu kính hội tụ, màn chắn nằm dọc trên
băng quang học sao cho tâm đèn chiếu, tâm chữ L và tâm màn cùng nằm trên trục

chính của thấu kính.
- Ban đầu đặt vật cách thấu kính khoảng d rồi lại di chuyển tới vị trí ảnh rõ nét của
vật trên màn.
- Cần di chuyển màn ảnh từ xa lại gần cho tới vị trí mà mắt thấy có ảnh rõ nét của
vật sáng trên màn ảnh. Đo khoảng cách từ thấu kính tới màn ảnh ta đƣợc d = ……
- Thí nghiệm nhiều lần với d không đổi ta thấy khoảng cách ảnh d’ nằm trong
'
'
khoảng hai giá trị giới hạn d max
và d min
. Từ đó có thể tính đƣợc các giá trị giới hạn của
tiêu cự thấu kính là: f max 
Suy ra: f 

f max  f min
2

'
'
d .d max
d .d min
f

,
min
'
'
d  d max
d  d min
f f

và f  max min
2

Ghi kết quả: f = ……………±……...
1.6.1.2. Phương pháp Sibermen.
- Đặt thấu kính giữa vật sáng và màn
- Di chuyển đồng thời vật và màn đặt đối xứng nhau qua thấu kính cho tới vị trí
thu đƣợc ảnh rõ nét lên màn sao cho ảnh bằng vật (có thể dùng thêm một chữ L để so
sánh ảnh và vật trên màn).
- Đo khoảng cách từ vật đến màn ta tính đƣợc tiêu cự của thấu kính f = L/4
- Lặp lại thí nghiệm nhiều lần. Tính giá trị trung bình của f và tính sai số ∆f.
- Thấu kính phân kì:
+ Dụng cụ: nhƣ ở trên nhƣng thêm một thấu kính phân kì cần xác định tiêu cự
+ Lắp ráp và tiến hành: Bố trí đèn, vật, thấu kính phân kì, thấu kính hội tụ và
màn ảnh thành hàng dọc trên băng quang học giống nhƣ ở thí nghiệm 1.b.
+ Dịch chuyển màn để thu đƣợc ảnh rõ nét trên màn
+ Đo khoảng cách d từ vật đến thấu kính phân kì và đánh dấu vị trí thấu kính
phân kì, giữ nguyên vị trí của thấu kính hội tụ và màn ảnh. Bỏ màn ảnh ra rồi dịch
chuyển vật sáng lại gần thấu kính hội tụ cho đến vị trí mà ảnh của vật lại hiện rõ nhất
trên màn ảnh.
+ Đo khoảng cách d’ từ vật sáng đến thấu kính phân kì (đã đánh dấu).
+ Tính tiêu cự của thấu kính phân kì theo công thức:
f 

d .d '
(d’ < 0)
d  d'

9

Làm thí nghiệm nhiều lần để tính giá trị trung bình của f và tính sai số ∆f.
1.6.1.3. Phương pháp Bessel
- Bố trí các dụng cụ nhƣ hình
Giá quang học

Thấu kính hội tụ O

Màn M

Vật hình L

O

A

M

Hình 1.1
Chú ý: Đặt màn M ở một vị trí khá xa vật. khoảng cách từ vật đến màn là AM = D.
Ghi giá trị D vào bảng 1.3.
- Di chuyển thấu kính trong khoảng AM ta sẽ thu đƣợc hai vị trí của thấu kính cho
ảnh rõ nét trên màn (vị trí 1 cho ảnh lớn, vị trí 2 cho ảnh nhỏ): Gọi a là khoảng cách
giữa hai vị trí đó. Ghi giá trị a vào bảng 1.3.
D2  a2
- Lúc đó tiêu cự của thấu kính là: f 
4D
Bảng 1.3
D2  a2
f

f  f  f max
Lần đo
D
a
f
f 
4D
1
2
3
4
1.6.2. Xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ bằng 2 phƣơng pháp
1.6.2.1. Phương pháp tự chuẩn
- Bố trí thí nghiệm nhƣ hình 1.2
Thấu kính phân kỳ O’
Giá quang học
Gƣơng phẳng G
Thấu kính hội tụ O
Vật hình L

A

O’

O

M

Hình 1.2
Chú ý: Để gƣơng sát thấu kính cho tập trung ánh sáng.

- Di chuyển đồng thời cả 3 quang cụ (tay trái cằm thấu kính hội tụ O, tay phải cằm
thấu kính phân kỳ O’ và gƣơng phẳng G) sao cho ảnh của vật qua hệ rõ nét trên mặt
phẳng vật. Ghi khoảng cách OO’ giữa hai thấu kính vào bảng 1.3.
- Giữ nguyên vị trí thấu kính hội tụ O. Lấy thấu kính phân kỳ O’ ra khỏi giá quang
học. Quay gƣơng G để làm màn ảnh M rồi di chuyển màn ra xa sao cho ảnh của vật
qua thấu kính hội tụ rõ nét trên màn. Ghi khoảng cách OM vào bảng 1.3.
10


Lúc đó tiêu cự của thấu kính phân kỳ là: f = OO’ – OM
Bảng 1.3
Lần đo

OO’

OM

f = OO’ – OM

f

f

f  f  f max

1
2
3
4
1.6.2.2. Phương pháp các điểm liên kết

- Bố trí các dụng cụ nhƣ hình 1.3
Giá quang học
Thấu kính hội tụ O

Màn M

O

M

Vật hình L

A

Hình 1.3
- Di chuyển thấu kính hội tụ O sao cho trên màn M có ảnh nhỏ và rõ nét.
- Đặt thấu kính phân kỳ O’ gần màn M (nhƣ hình 1.4). Khi đó ảnh thật qua thấu
kính hội tụ ở trên đóng vai trò vật ảo của thấu kính phân kỳ. Ghi giá trị d = - O’M vào
bảng 1.5.
Thấu kính phân kỳ O’

Giá quang học

Màn M

Thấu kính hội tụ O
Vật hình L

O’

O

A

M

Hình 1.4
- Giữ nguyên thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ. Xê dịch màn M ra xa sao cho
có ảnh rõ nét trên màn. Ghi khoảng cách d’ từ thấu kính phân kỳ đến màn M vào bảng
1.5.
Lúc đó tiêu cự của thấu kính phân kỳ là: f 

d .d '
d  d'

Bảng 1.5
Lần đo

d = -O’M

d’

f 

d .d '
d  d'

1
2
3

4

11

f

f

f  f  f max


Chƣơng 2: NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG
HÌNH HỌC
2.1. ĐỊNH LUẬT TRUYỀN THẨNG CỦA ÁNH SÁNG
Trong môi trƣờng trong suốt, đồng tính và đẳng hƣớng ánh sáng truyền theo
đƣờng thẳng.
Nguồn S phát ra chùm tia sáng truyền qua lỗ tròn của màn chắn, tạo trên màn quan
sát E một vệt sáng hình tròn đồng dạng với lỗ tròn.
Tuy nhiên ngƣời ta thấy rằng, khi ánh sáng truyền qua những lỗ có kích thƣớc rất
nhỏ hoặc gặp những vật cản có kích thƣớc vào cỡ bƣớc sóng thì định luật truyền thẳng
của ánh sáng không còn đúng nữa (lúc đó sẽ có hiện tƣợng nhiễu xạ).

Hình 2.1. Sự nhiễu xạ ánh sáng qua lỗ tròn
Định luật truyền thẳng ánh sáng cho phép giải thích nhiều hiện tƣợng thục tế nhƣ nhật
thực, nguyệt thực,….

Hình 2.2. Hiện tƣợng nguyệt thực

2.2. ĐỊNH LUẬT VỀ TÁC DỤNG ĐỘC LẬP CỦA CÁC TIA SÁNG
Tác dụng của các chùm tia sáng khác nhau là độc lập với nhau, nghĩa là tác dụng

của một chùm sáng này không phụ thuộc vào sự có mặt hay không của các chùm sáng
khác.
Nhƣ vậy, các chùm tia sáng khi gặp nhau không làm nhiễu loạn lẫn nhau, nghĩa là
chúng cắt nhau nhƣng không cản trở sự lan truyền của mỗi ánh sáng.

12


Cần chú ý rằng định luật này chỉ đúng với các chùm tia sáng có cƣờng độ không lớn
lắm nhƣ các tia sáng phát ra từ nguồn sáng thông thƣờng. Còn đối với các chùm tia
sáng có cƣờng độ lớn nhƣ laze định luật trên không còn đúng nữa.

2.3. ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ ÁNH SÁNG
Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới, góc phản xạ bằng góc tới: i’ = i

(2.1)

Hình 2.3. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng

2.4. ĐỊNH LUẬT KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
2.4.1. Định luật
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và tỷ số giữa sin của góc tới sin của góc khúc
xạ là một số không đổi:
sin i
 n21
sin r

(2.2)

n21 là một số không đổi phụ thuộc vào bản chất của hai môi trƣờng và đƣợc gọi là

chiết suất tỷ đối của môi trƣờng 2 đối với môi trƣờng 1.
Từ (2.2) ta thấy rằng, nếu n21 > 1 thì r < i, tia khúc xạ lại gần pháp tuyến hơn, ta nói
môi trƣờng 2 chiết quang hơn môi trƣờng 1.Ngƣợc lại, nếu n21 < 1 thì r > i, tia khúc xạ
lệch xa pháp tuyến hơn, ta nói môi trƣờng 2 kém chiết quang hơn môi trƣờng 1.
2.4.2. Chiết suất tỷ đối, chiết suất tuyệt đối và môi liên hệ giữa chúng
Ta cũng có thể viết biểu thức (2.2) của định luật khúc xạ dƣới một dạng khác bằng
cách đƣa vào khái niệm chiết suất tuyệt đối.
Thực nghiệm chứng tỏa rằng, chiết suất tỷ đối có giá trị bằng:
n21 

v1
v2

(2.3)

Trong đó v1,v2 là vận tốc truyền ánh sáng trong môi trƣờng 1 và 2.
Gọi c là vận tốc truyền ánh sáng trong chân không, v là vận tốc truyền ánh sáng
trong một môi trƣờng nào đó thì ta có chiết suất tuyệt đối của môi trƣờng đó là:
n

c
v

(2.4)

Gọi n1, n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trƣờng 1 và 2, n21 là chiết suất tỷ đối của
môi trƣờng 2 đối với môi trƣờng 1. Ta có:
n21 

v1 c1 v1

1 n
 .  n2 .  2
v2 v2 c
n1 n1

(2.5)

Hay nói cách khác, ta có mối liên hệ giữa chiết suất tỷ đối và chiết suất tuyệt đối là:
n21 

n2
n1

(2.6)

Thay vào (2.5) và (2.2) ta có định luật khúc xạ đƣợc viết dƣới dạng khác là:
13


n
sin i
 n21  2
sin r
n1

(2.7)

2.4.3. Hiện tƣợng phản xạ toàn phần
Từ biểu thức định luật khúc xạ (2.7) ta thấy:
Nếu n1 < n2 thì i > r. Nhƣ vậy mọi tia tới đều cho tia khúc xạ. Còn n1 > n2 thì i < r.

Trong trƣờng hợp này không phải mọi tia tới đều cho tia khúc xạ. Khi góc tới i đạt

một giá trị igh nào đó thì góc khúc xạ r  , lúc đó tia khúc xạ nằm trùng với mặt phân
2

cách giữa hai môi trƣờng. Khi i > igh thì toàn bộ ánh sáng tới bị phản xạ không còn
khúc xạ nữa. Hiện tƣợng này gọi là hiện tƣợng phản xạ toàn phần.
Gọi igh đƣợc gọi là giới hạn phản xạ toàn phần và nó đƣợc xác định bởi biểu thực:
sin i gh 

n2
n1

(2.8)

(Áp dụng định luật khúc xạ khi i = igh, r 


2

rút ra biểu thức trên)

Nhƣ vậy điều kiện xảy ra hiện tƣợng phản xạ toàn phần là ánh sáng phải truyền theo
môi trƣờng có chiết suất lớn sang môi trƣờng có chiết suất nhỏ hơn góc giới hạn.

14


Chƣơng 3: CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC
3.1. KÍNH LÚP

3.1.1. Định nghĩa
Kính lúp là một công cụ quang học bỗ trợ cho mắt trong việc quang sát các vật
nhỏ. Nó có tác dụng làm tăng góc trông ảnh bằng cách tạo ra một ảnh ảo lớn hơn vật và
nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt.
Kính lúp đơn giản nhất là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn thông thƣờng từ
1,2cm đến 5cm.
3.1.1.1. Cấu tạo
Kính lúp là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn, khoảng 1,2cm đến 5cm. Nó là
một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc nhìn khi quan sát các vật nhỏ ở gần
(vì nó tạo ra ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật).
3.1.1.2. Cách ngắm chừng ở điểm cực cận và cách ngằm chừng ở vô cực
Đặt vật nằm trong tiêu điểm của kính vật sẽ cho ảnh ảo cùng chiều và lớn hơn vật.

Hình 3.1. Ngắm chừng qua kính lúp
Nếu điều chỉnh để ảnh A’B’ hiện lên ở điểm cực cận của mắt thì cách quan sát này
gọi là cách ngắm chừng ở điểm cực cận.
Thông thƣờng, để cho mắt đỡ bị mỏi, ngƣời quan sát điều chỉnh để ảnh của vật nằm
ở điểm cực viễn Cv của mắt. Vì đối với các mắt không có tật thì điểm cực viễn ở vô
cực, nên cách quan sát này gọi là cách ngắm chừng ở vô cực.
Muốn quan sát một vật nhỏ qua kính lúp, ta phải đặt vật trong khoảng từ tiêu điểm
vật đến quang tâm của kính để có một ảnh ảo. Mắt đƣợc đặt sau kính để quan sát ảnh
ảo đó. Phải điều chỉnh vị trí của vật hoặc kính để cho ảnh ảo này hiện trong giới hạn
nhìn rõ của mắt. Nếu điều chỉnh để ảnh A’B’ hiện lên ở điểm cực cận của mắt thì cách
quan sát này gọi là cách ngắm chừng ở điểm cực cận. Thông thƣờng, để cho mắt đỡ bị
mỏi, ngƣời quan sát điều chỉnh để ảnh của vật nằm ở điểm cực viễn C V của mắt. Vì đối
với các mắt không có tật thì điểm cực viễn ở vô cực, nên cách quan sát này gọi là cách
ngắm chừng ở vô cực.
3.1.1.3. Độ bội giác của kính lúp
Ngƣời ta gọi độ bội giác G của một dụng cụ quang học bỗ trợ cho mắt là tỉ số giữa
góc trông ảnh của một vật qua dụng cụ đó với góc trông trực tiếp vật đó khi vật đặt ở

điểm cực cận của mắt:

G
(3.1)
0
Vì các góc trông đều rất nhỏ, nên ngƣời ta thƣờng thay các góc bằng tang của
chúng:
tg
G
(3.2)
tg 0

15


Độ bội giác của một dụng cụ quang học (kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn…) là
tỷ số giữa tang của góc nhìn vật qua kính (tgα) và tang của góc nhìn vật ở điểm cực
cận (tgα0)khi không có kính:
tg
G
(3.3)
tg 0
Độ bội giác của kính lúp: Khi nằm chừng ở điểm cực cận:
tg
y'
G
 
(3.4)
tg 0
y

Β là độ phóng đại của kính lúp:

Hình 3.2. Ngắm chừng ở điểm cực cận
Khi ngắm chừng ở vô cực:
G

l
tg
0,25
 0'  '
tg 0 f
f

(3.5)

Trong công thức trên f’ là tiêu cự thứ hai của kính lúp (f’>0)và đo bằng mét.
Muốn có G∞ lớn thì f phải nhỏ. Cách ngắm chừng ở vô cực không những giúp cho
mắt không phải điều tiết mà còn làm cho độ bội giác của kính không phụ thuộc vị trí
đặt mắt. Đối với các kính lúp thông dụng, G có giá trị từ 2,5 đến 25. Giá trị này
thƣờng đƣợc ghi ngay trên vành kính. Thí dụ: X2.5, X5, v.v...

Hình 3.3. Ngắm chừng ở vô cực

3.2. KÍNH HIỂN VI
3.2.1. Định nghĩa
Kính hiển vi là một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của
những vật rất nhỏ, với độ bội giác lớn hơn rất nhiều so với độ bội giác của kính lúp.
3.2.1.1. Cấu tạo:
- Kính hiển vi có hai bộ phận chính là vật kính và thị kính (Hình 3.4).

16


.

Hình 3.4. Kính hiển vi
- Vật kính O1 là một thấu kính hội tụ có tiêu cự rất ngắn, dùng để tạo ra một ảnh
thật rất lớn của vật cần quan sát.
- Thị kính O2 cũng là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn, dùng nhƣ một kính lúp
để quan sát ảnh thật nói trên.
- Hai kính đƣợc gắn ở hai đầu một ống hình trụ sao cho trục chính của chúng trùng
nhau và khoảng cách giữa chúng không đổi.
- Ngoài ra, còn có bộ phận tụ sáng dùng để chiếu sáng vật cần quan sát. Bộ phận tụ
sáng có thể đơn giản là một gƣơng cầu lõm G.
- Cách ngắm chừng
Vật AB cần quan sát đặt ngoài và rất gần tiêu điểm F1 của vật kính cho ảnh thật
A’B’ ngƣợc chiều và lớn hơn vật. Ảnh A’B’ nằm trong tiêu điểm F 2 của thị kính cho
ảnh ảo A”B” ngƣợc chiều và rất lớn so với vật AB.(Hình 3.5)

Hình 3.5. Ngằm chừng ở điểm cực cận
Ngắm chừng qua kính hiển vi là điều chỉnh khoảng cách giữa vật và vật kính để ảnh
cuối cùng A”B” nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt.
Ngắm chừng ở điểm cực cận là điều chỉnh để cho ảnh A”B” nằm ở điểm cực cận
Cc.
Ngắm chừng ở vô cực là điều chỉnh để cho ảnh A”B” nằm ở vô cực, khi đó A’B’
nằm trên tiêu diện thứ nhất của thị kính. (Hình 3.6)

17

Hình 3.6. Ngắm chừng ở vô cực
3.2.2. Độ bội giác của kính hiển vi
Khi ngắm chừng ở điểm cực cận Cc.
tg
y ''
GC 
 
tg 0
y
hay

GC   

y ' y ''
  1 2
y y

(3.6)
(3.7)

(Coi quang tâm thị kính trùng với quang tâm mắt)
Trong đó β là độ phóng đại ảnh qua hệ hai kính, β1 là độ phóng đại của vật kính, β2
là độ phóng đại của thị kính.
Khi ngắm chừng ở vô cực
l
G   0'
(3.8)
f1 f 2

Trong đó l0 là khoảng nhìn tốt nhất (thông thƣờng l0 = 25cm), f1' , f 2' lần lƣợt là tiêu

cự thứ hai của vật kính và thị kính;   F1' F2 là khoảng cách từ tiêu điểm chính thứ hai
của vật kính đến tiêu điểm chính thứ nhất của thị kính đƣợc gọi là độ dài quang học
của kính hiển vi.
3.2.3. Năng suất phân li của kính hiển vi
Năng suất phân li của một dụng cụ quang học là đại lƣợng đặt trƣng cho khả năng
phân biệt đƣợc những chi tiết gần nhau của vật quan sát.
Đối với kính hiển vi quan sát các vật ở gần, năng suất phân li đƣợc đo bằng nghịch
đảo của khoảng cách bé nhất δy giữa hai điểm mà ta có thể phân biệt đƣợc khi nhìn
qua kính.
Năng suất phân li của kính hiển vi là:
1 n sin u
(3.9)
r 
y 0,61u
Trong đó n là chiết suất của môi trƣờng đặt vật, u là góc nghiêng lớn nhất của chùm
tia sáng chiếu vào vật kính, λ là bƣớc sóng của ánh sáng, δy là khoảng cách bé nhất
giữa hai điểm trên vật mà ta có thể quan sát đƣợc.
Để tăng năng suất phân li của kính hiển vi ngƣời ta thƣờng chế tạo vật kính sao cho
vật quan sát đặt gần vật kính để tăng góc u. Ngoài ra để tăng chiết suất n ngƣời ta
nhúng chìm vật kính và vật quan sát trong đầu trong suốt hoặc giảm bƣớc sóng λ.

3.3. KÍNH THIÊN VĂN
3.3.1. Cấu tạo
Kính thiên văn là dụng cụ quang học bỗ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của
những vật ở rất xa (các thiên thể).

18


Kính thiên văn có hai bộ phận chính là vật kính L1 và thị kính L2 đƣợc ghép đồng

trục trong một ống.

Hình 3.7
Vật kính L1 là hệ thấu kính có độ tụ dƣơng và tiêu cự lớn. Thị kính L2 là hệ quang
học có độ bội giác lớn, có thể dịch chuyển đƣợc. Nếu thị kính có độ tụ dƣơng thì ảnh
thu đƣợc qua hệ sẽ ngƣợc chiều với vật.
Hệ gồm vật kính và thị kính có độ tụ dƣơng gọi là Keepsle. Kính thiên văn là một
hệ Kếple. Khi quan sát thiên thể thì ảnh ngƣợc chiều nhƣng không gây ra cản trở gì.
Hệ gồm vật kính và thị kính có độ tụ âm gọi là Galilê. Các ống nhòm thƣờng là một
hệ Galilê.
3.3.2. Ngắm chừng qua kính thiên văn.
Ngắm chừng qua kính thiên văn là điều chỉnh khoảng cách từ vật kính đến thị
kính sao cho ảnh A2B2 nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt. Nếu ảnh A 2B2 hiện lên ở vô
cực gọi là ngắm chừng ở vô cực.
Vật AB (chẳng hạn nhƣ một đƣờng kính AB của Mặt Trăng) coi nhƣ ở vô cực,
qua vật kính cho một ảnh thật A1B1 nằm ở tiêu diện ảnh F1 của vật kính. Thị kính đƣợc
dùng nhƣ một kính lúp để quan sát ảnh A2B2. Ảnh cuối cùng A2B2 là một ảnh ảo.
Ngƣời quan sát đặt mắt sát sau thị kính và quan sát ảnh A2B2. Phải điều chỉnh kính
(thay đổi khoảng cách O1O2 giữa vật kính và thị kính) sao cho ảnh A2B2 nằm trong
giới hạn nhìn rõ của mắt.
Kính thiên văn có hai bộ phận chính là vật kính và thị kính. Vật kính là một thấu
kính hội tụ có tiêu cự dài. Thị kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn. Hai kính
đƣợc lắp cùng trục, ở hai đầu của một ống hình trụ. Khoảng cách giữa chúng có thể
thay đổi đƣợc.
Vật AB (chẳng hạn nhƣ một đƣờng kính AB của Mặt trăng) , coi nhƣ ở vô cực qua
vật kính cho một ảnh thật A1B1 nằm ở tiêu diện ảnh F’1 của vật kính. Thị kính đƣợc
dùng nhƣ một kính lúp để quan sát ảnh A1B1. Ảnh cuối cùng A2B2 là một ảnh ảo.
Ngƣời quan sát đặt mắt sát sau thị kính và quan sát ảnh A2B2. Phải điều chỉnh kính
(thay đổi khoảng cách O1O2 giữa vật kính và thị kính) sao cho ảnh A2B2 nằm trong
giới hạn nhìn rõ của mắt

Hình 3.8. Ngắm chừng ở vô cực

19


Trong cách ngắm chừng ở vô cực, ngƣời quan sát điều chỉnh để ảnh A2B2 ở vô cực.
Lúc đó, ảnh A1B1 nằm ở tiêu diện vật F2 của thị kính. Nhƣ vậy tiêu điểm ảnh F1 của
vật kính sẽ trùng với tiêu điểm của vật F2 của thị kính. Lúc này, góc trông ảnh cuối
cùng qua kính chính là góc A1O2B1; còn góc trông vật AB khi không dùng kính đúng
bằng góc A1O1B1
Ngoài loại kính thiên văn nêu trên, còn nhiều loại kính khác mà ta không xét ở đây.
Những ống nhòm quân sự, ống ngắm trắc địa .. cũng có nguyên tắc cấu tạo với kính
thiên văn.
3.3.3. Độ bội giác
- Ta có độ bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực là:
G  

f1'
f 2'

(3.10)

f1' , f 2' là tiêu cự thứ hai của vật kính và thị kính

3.3.4. Năng suất phân li của kính thiên văn
- Năng suất phân li của kính thiên văn là:
1
R
r


 0,61

-

(3.11)

Trong đó R là bán kính của vật kính, λ là bƣớc sóng. Vậy khi bán kính của vật

kính càng lớn bƣớc sóng càng nhỏ thì năng suất phân li càng lớn.
3.3.4.1. Kính Thiên văn Galile.

Chỉ vài tháng sau, năm 1609, nhà bác học vĩ đại Galileo Galilei (1564-1642), từ
nƣớc Ý xa xôi, nghe mô tả về chiếc ống Lippersey và đã thử làm một chiếc tƣơng tự.
Với kỹ năng khéo léo, chỉ vài ngày sau ông đã có một chiếc kính Lippershey. Không
hài lòng về chiếc kính này, cũng nhƣ giới làm kính thiên văn nghiệp dƣ bây giờ, ông
thử làm ống kính dài hơn, lớn hơn, dùng nhiều loại kính khác nhau và cuối cùng, nâng
độ phóng đại của kính lên đến khoảng 30 lần.
Ống kính của ông dài khoảng 1,3m tức là vật kính có tiêu cự 130cm và thị kính 4 –
5cm.

Hình 3.10
20


Với tính tò mò của nhà khoa học, ông đã hƣớng ống kính của mình lên bầu trời
đêm và đã vô cùng ngạc nhiên khi nhận ra vô số vết rỗ (lồi lõm) trên Mặt trăng, sao
Kim có dạng lƣỡi liềm tựa nhƣ một mặt trăng bé xíu và sao Thổ tựa nhƣ một chiếc
tách có 2 quai!
Ông đã phát hiện sao Mộc có 4 vệ tinh bao quanh và Mặt trời cũng có chuyển động

tự quay qua nghiên cứu các đốm đen mặt trời.
Những điều này là bằng chứng thuyết phục, củng cố cho Thuyết Nhật tâm của
Nicolai Copernics.Trái đất không còn là “cái rốn” của vũ trụ nữa, mà chỉ là một trong
những hành tinh quay quanh mặt trời.
Từ đây, chúng ta sẽ sẽ gọi nó là Kính Thiên văn vì trong phạm vi bài viết này chúng
ta chỉ quan tâm đến các kính viễn vọng dùng trong mục đích thiên văn.
Bản vẽ Mặt trăng của Galile

Hình ảnh sao Mộc và sao Thổ qua kính Galile có lẽ giống nhƣ vậy. (Ảnh HAAC)
Bản vẽ sao Mộc và 4 vệ tinh của Galile (Io, Europa, Ganymede, Calisto)

Bản vẽ sao Mộc và 4 vệ tinh của nó mà Galile quan sát đƣợc
Bản vẽ của Galile về Sao Thổ ông quan sát đƣợc

21


Galie miêu tả Sao Thổ nhƣ chiếc tách có quai. Ảnh trên là hình vẽ vào năm 1610.
Ảnh dƣới ông vẽ vào năm 1616
Các bạn có thể dễ dàng chế tạo một phiên bản của Kính Gallile bằng các nguyên
liệu dễ kiếm: vật kính là kính viễn 0.75 diop, thị kính là kính cận 20 diop, thân ống
kính bằng ống nhựa PVC hoặc giấy bìa cứng. Bạn hãy ngắm thử Mặt trăng và so với
bản vẽ của G.Gallilei bên cạnh xem sao nhé.
Trƣớc Galile, với mắt thƣờng ngƣời ta chỉ có thể thấy đƣợc 5 hành tinh và khoảng
2.000 ngôi sao có độ sáng đến cấp 6. Với kính Galile và các cải tiến sau đó, vũ trụ đã
mở rộng ra với biết bao điều kỳ thú, với hàng triệu ngôi sao lấp lánh, những tinh vân,
thiên hà xa xôi…
3.3.4.2. Cải tiến của Kepler

Johannes Kepler (1571-1630)

Năm 1611, Johannes Kepler (1571-1630), tác giả của 3 định luật nổi tiếng về
chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời (nhƣng đó là chuyện sau này), đƣợc
G.Gallile nhờ kiểm tra các kết quả quan sát của mình, ông đã bắt đầu quan tâm đến
kính thiên văn.
Đôi khi trong cái rủi lại có cái may! J.Kepler mắt kém đã rất khó khăn khi dùng
kính Gallile có trƣờng nhìn rất hẹp. Chỉ cần một rung động nhẹ là trăng sao đều
“chạy” mất tiêu.
Vốn là nhà toán học, ông đã nghiên cứu nguyên lý của kính và đề nghị dùng thấu
kính hội tụ làm thị kính để mở rộng trƣờng quan sát của kính và thế là Kính Kepler ra
đời. Sáng kiến rất đơn giản nhƣng hiệu quả không ngờ.

Hình 3.11
Độ phóng đại của kính Kepler cũng bằng:
f1 (tiêu cự vật kính) / f2 (tiêu cự thị kính)
Tại sao trƣờng nhìn của kính Kepler lại lớn hơn? Lời giải thích rất đơn giản: chùm
tia sáng qua thấu kính hội tụ sẽ bị lệch hƣớng về phía quang trục thay vì ra xa quang
trục nhƣ với thấu kính phân kỳ. Bạn hãy so sánh bản vẽ kính Galile ở trên và bản vẽ
kính Kepler này.

22


Với cùng độ phóng đại nhƣ nhau, mắt ngƣời quan sát trên kính Kepler đặt ngay
quang trục còn dùng kính Galile phải dời lên trên khá xa quang trục mới nhìn đƣợc
phía trên của ảnh, nếu không dời mắt, ta chỉ thấy đƣợc một phần dƣới của ảnh.
Bạn hãy so sánh 2 tấm ảnh của cùng một ống kính với thị kính phân kỳ (kiểu
Gallile) và hội tụ (Kepler) với độ phóng đại nhƣ nhau. Trƣờng nhìn với thị kính hội tụ
lớn gấp 4 lần kính phân kỳ!
Nếu bạn đã “lỡ” làm một kính Gallile nhƣ chúng tôi đã đề nghị ở trên, hãy thay thị

kính bằng kính lúp tiêu cự 5cm, trƣờng nhìn lúc này sẽ lớn hơn gấp nhiều lần, bạn sẽ
không phải “dán’ mắt sát vào thị kính và nhất là rất dễ dò tìm mục tiêu quan sát. Chỉ
tội cái hình ảnh bị lộn ngƣợc đầu! Nhƣng dùng để quan sát thiên văn thì không thành
vấn đề. Cũng khá buồn cƣời là khuyết điểm này, sau này lại trở thành một đặc điểm để
phân biệt kính thiên văn và kính viễn vọng dùng để quan sát mặt đất.

Hình 3.12. Qua kính Galile

Hình 3.13.Kính Kepler có cùng độ phóng đại
Thật ra độ nét của kính Kepler không bằng kính Gallile, quang sai, đặc biệt là sắc
sai cũng nhiều hơn nhất là ở độ phóng đại lớn. Bạn có thể thấy chú chim trong hình 2
bị viền màu xanh đỏ và không nét nhƣ hình 1. Hiện tƣợng sắc sai (ảnh bị viền màu)
này đến lúc đó vẫn còn là một bí ẩn chƣa ai giải thích đƣợc!
Để giảm bớt quang sai, thời đó, ngƣời ta chỉ có cách che bớt vật kính hay dùng vật
kính có tiêu cự dài hơn.
Với chiếc kính Kepler vừa lắp, bạn hãy hƣớng về mặt trăng xem sao. Thị trƣờng
rộng hơn, dễ định vị mục tiêu hơn, nhƣng đồng thời hình ảnh bị nhòe đi, viền màu,
không còn rõ nét nữa. Bạn hãy cắt vài mảnh bìa tròn, tâm có lỗ đƣờng kính từ 1-3 cm
để làm màn chắn, che bớt ánh sáng đi vào vật kính và thử ngắm lại xem. Mặt trăng sẽ
tối đi nhƣng rõ nét hơn nhiều do đã loại bỏ các chùm tia sáng xa quang trục bị quang
sai lớn.
Loại quang sai này đƣợc gọi là Cầu sai.
R. Descates, cũng là một nhà vật lý mà ta đã nhắc đến ở trên, đã xác định rằng với
thấu kính hội tụ có mặt cầu, chùm tia sáng xa quang trục lại hội tụ về một điểm (a) gần
hơn so với điểm hội tụ (c) của chùm tia gần quang trục.
Với thấu kính phẳng lồi, để triệt cầu sai, mặt lồi phải là mặt hyperboloit.

23

Chỉ có điều công nghệ chế tạo thấu kính thời đó chƣa làm đƣợc điều này. Mặt cầu là
bề mặt "tự nhiên", dễ dàng có đƣợc khi mài 2 bề mặt với nhau theo mọi phƣơng ngẫu
nhiên với biên độ nhất định nào đó. Còn các bề mặt dạng khác thì rất khó vì không thể
"đo" đƣợc. Các nhà thiên văn thời đó đành phải chấp nhận hy sinh độ sáng để có hình
ảnh rõ nét hơn.
Ở đây có một điều khá kỳ lạ. Về mặt trực quan, có lẽ kính Kepler phải xuất hiện
trƣớc mới đúng. Ta có thể hình dung thế này: qua vật kính, ta có thể hứng ảnh một vật
ở xa lên một tấm màn, ta sẽ dễ nghĩ đến chuyện xem ảnh này to, rõ hơn qua một chiếc
kính lúp cầm tay rất thông dụng hơn là dùng kính phân kỳ để xem ảnh ảo của nó.
Có thể giả thiết rằng Kính kiểu Kepler đã thực sự xuất hiện trƣớc nhƣng vì hình ảnh
lộn ngƣợc của nó hoàn toàn không thích hợp để làm ngắm "địa văn" nên đã không phổ
biến và bị quên lãng. J.Kepler chỉ là ngƣời "tái phát minh" ra kiểu kính mang tên mình
Thiết kế của Kepler, vì ông chỉ thực hiện nó trên giấy, không đƣợc hƣởng ứng ngay
mà mãi đến 29 năm sau. Năm 1630, Christoph Scheiner, một tu sĩ dòng Tên cũng là
nhà toán học ngƣời Đức áp dụng và phổ biến rộng.

3.4. MÁY CHIẾU

Hình 3.14
3.4.1. Cơ chế
- Máy chiếu thƣờng bao gồm một hộp lớn chứa một đèn rất sáng và quạt để làm
mát nó. Trên đầu của hộp là ống kính Fresnel. Trên hộp, thƣờng là trên một cánh tay
dài, một tấm gƣơng và ống kính đầu tập trung và chuyển hƣớng ánh sáng về phía
trƣớc thay vì di chuyển lên
- Giấy trong đƣợc đặt lên trên mặt gƣơng của ống kính để trình bày. Ánh sáng từ
đèn đi qua giấy trong và vào gƣơng, nơi nó đƣợc chiếu về phía trƣớc trên một màn
hình để hiển thị. Gƣơng cho phép cả hai ngƣời và học sinh để xem hình ảnh cùng một
lúc. Chiều cao của gƣơng có thể đƣợc điều chỉnh, để tập trung vào hình ảnh và làm
cho hình ảnh lớn hơn hoặc nhỏ hơn tùy thuộc vào khoảng cách giữa máy chiếu là màn
hình.

3.4.2. Tiêu cự dài điều chỉnh
- Máy chiếu chất lƣợng tốt hơn cung cấp một bánh xe điều chỉnh hoặc vít trên cơ
thể của máy chiếu, để di chuyển các đèn gần hoặc ra xa ống kính Fresnel. Khi chiếc
gƣơng ở trên ống kính đƣợc di chuyển quá cao hoặc quá thấp, nó di chuyển ra khỏi
tiêu cự tốt nhất cho một hình ảnh đồng đều. Chuyển bánh xe điều chỉnh di chuyển đèn
để sửa tiêu cự và phục hồi hình ảnh dự kiến toàn màu trắng.

24


3.4.3. Chiếu sáng
- Công nghệ đèn của máy chiếu thƣờng rất đơn giản so với một màn hình LCD
hiện đại hoặc DLP chiếu video. Hầu hết các chi phí sử dụng một bóng đèn halogen có
năng lƣợng cao có thể tiêu thụ lên đến 750W nhƣng tạo ra một hình ảnh khá mờ, ố
vàng. Hơn nữa, nhiệt độ cao thƣờng gây ra các bóng đèn halogen hƣ hỏng một cách
nhanh chóng, thƣờng kéo dài ít hơn 100 giờ trƣớc khi hƣ hỏng và cần thay thế. Một
màn hình LCD hiện đại hoặc DLP sử dụng một đèn hồ quang trong đó có một cao hiệu
quả chiếu sáng và kéo dài cho hàng ngàn giờ. Một khuyết điểm đến công nghệ màn
hình LCD / DLP là thời gian ấm lên cần thiết cho đèn hồ quang.
- Sự đổi mới gần đây nhất dùng cho máy chiếu với đèn tích hợp / phản xạ là điều
khiển hai đèn nhanh chóng trao đổi, cho phép hai đèn phải đƣợc cài đặt trong máy
chiếu trong ổ cắm di động. Nếu một đèn trong một bài thuyết trình, ngƣời GV chỉ có
thể di chuyển một đòn bẩy để trƣợt tùng vào vị trí và tiếp tục trình bày, mà không cần
phải mở máy chiếu hoặc chờ đợi cho bóng đèn không để nguội trƣớc khi thay thế nó.
3.4.4. Lịch sử
- Máy chiếu trên không đầu tiên đƣợc sử dụng cho công việc nhận dạng cảnh
sát. Nó đƣợc sử dụng một cuộn giấy bóng kính trên một giai đoạn 9-inch cho phép
nhận dạng đặc điểm trên khuôn mặt để đƣợc hiển thị trên màn hình. Các quân đội
Mỹ vào năm 1945 là ngƣời đầu tiên sử dụng. Nó bắt đầu đƣợc sử dụng rộng rãi trong
các trƣờng học và các doanh nghiệp trong cuối những năm 1950 và đầu những năm

1960.
- Một nhà sản xuất chính của máy chiếu trong giai đoạn đầu là các công
ty 3M . Do nhu cầu về máy chiếu lớn, Buhl thành lập ngành công nghiệp vào năm
1953, và trở thành ngƣời đóng góp hàng đầu của Mỹ trong vài cải tiến quang cho đèn
chiếu và ống kính chiếu của nó. Năm 1957, lần đầu tiên của Hoa Kỳ viện trợ liên bang
để giáo dục chƣơng trình kích thích bán hàng trên đó vẫn ở mức cao cho đến cuối
những năm 1990 và vào thế kỷ 21.
3.4.5. Sử dụng trong giáo dục
- Máy chiếu chi phí thấp dễ dàng cho các nhà giáo dục. Tài liệu giảng dạy có thể
đƣợc in trên tấm nhựa(giấy trong), khi mà các nhà giáo dục có thể trực tiếp viết bằng
cách sử dụng viết có thể xóa đƣợc, có thể lao đƣợc đánh dấu bằng viết. Điều này tiết
kiệm thời gian, vì giấy trong có thể đƣợc in sẵn và sử dụng nhiều lần, thay vì phải viết
tài liệu văn bản bằng tay trƣớc mỗi lớp.
- Các chi phí thƣờng đƣợc đặt ở độ cao bằng văn bản thoải mái cho các nhà giáo
dục và cho phép các nhà giáo dục phải đối mặt với các lớp học, tạo điều kiện thông tin
liên lạc tốt hơn giữa các sinh viên và giáo viên. Các tính năng mở rộng của máy chiếu
cho phép các nhà giáo dục để viết trong một kịch bản nhỏ thoải mái ở một vị trí văn
bản tự nhiên hơn là viết trong một bài học quá lớn trên một bảng đen và phải liên tục
giữ cánh tay của mình để viết trên bảng đen.
- Khi tờ giấy trong đầy tài liệu viết hoặc vẽ, nó chỉ đơn giản có thể đƣợc thay thế
bằng một cái mới, lại tiết kiệm thời gian lớp vệ sinh một bảng đen mà sẽ cần phải đƣợc
xoá hoàn toàn và tài liệu giảng dạy viết lại bởi các nhà giáo dục . Sau thời gian lớp
học, giấy trong có thể dễ dàng khôi phục lại trạng thái không sử dụng ban đầu của nó
bằng cách rửa sạch bằng xà phòng và nƣớc.
3.4.6. Cách tính kích thƣớc màn hình và khoảng cách cho máy chiếu
- Tỷ lệ phóng hình của một máy chiếu đƣợc định nghĩa là khoảng cách (D), đƣợc
đo từ ống kính đến màn hình, chia cho chiều rộng (W) của hình ảnh mà nó sẽ chiếu (D
/ W). Ratio: Nó giống nhƣ bất kỳ tỷ lệ nào khác, nó không có kích thƣớc.
25