Xây dựng bộ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính dùng cho dạy học vật lí ở trường phổ thông

NGUYỄN TRỌNG TƯỜNG VI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
------------

NGUYỄN TRỌNG TƯỜNG VI
XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐO TIÊU CỰ THẤU KÍNH DÙNG CHO DẠY HỌC VẬT LÍ
Ở TRƯỜNG PHỔ THƠNG

XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐO TIÊU CỰ THẤU
KÍNH DÙNG CHO DẠY HỌC VẬT LÍ
Ở TRƯỜNG PHỔ THƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

KHĨA 2017-2019

Nghệ An, 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
------------

NGUYỄN TRỌNG TƯỜNG VI

XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐO TIÊU CỰ THẤU
KÍNH DÙNG CHO DẠY HỌC VẬT LÍ
Ở TRƯỜNG PHỔ THƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ
Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 8.44.01.10
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN HUY BẰNG

Nghệ An, 2019


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin cảm ơn thầy PGS. TS. Nguyễn Huy Bằng, người đã luôn đồng
hành cùng tôi giúp tôi hồn thành luận văn tốt nghiệp.
Tơi cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học Vinh đã giảng dạy
và truyền thụ những kiến thức, kỹ năng và kinh nghiệm nền tảng cốt lõi và bổ
ích. Chân thành cảm ơn thầy TS. Lê Văn Đoài và nghiên cứu sinh Lương Thị
Yến Nga đã tận tình giúp đỡ và có nhiều ý kiến đóng góp q báu cho tơi trong
q trình nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình và bạn bè đồng nghiệp
đã luôn ủng hộ, tạo điều kiện giúp đỡ và động viên tơi vượt qua những khó khăn
trong quá trình học tập.
Xin chân thành cảm ơn sâu sắc nhất đến các quý thầy cô!
Nghệ An, tháng 07 năm 2019

Nguyễn Trọng Tường Vi

1


MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... 1
MỤC LỤC .................................................................................................................... 2
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................... 5
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 7
1. Lí do chọn đề tài .................................................................................................. 7
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 7
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 8
4. Nhiệm vụ nghiên cứu .......................................................................................... 8
5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 8
6. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 8
7. Bố cục luận văn ................................................................................................... 9
Chương 1: CƠ SỞ QUANG HÌNH HỌC CỦA CÁC LOẠI THẤU KÍNH .............. 10
1.1. Mơ tả cấu tạo các loại thấu kính ..................................................................... 10
1.2. Thấu kính hội tụ.............................................................................................. 10
1.2.1. Quang tâm, trục chính và trục phụ ......................................................... 10
1.2.2. Tiêu điểm và tiêu diện ............................................................................ 10
1.2.3. Tiêu cự và độ tụ ...................................................................................... 11
1.3. Thấu kính phân kì ........................................................................................... 12
1.4. Sự tạo ảnh bởi thấu kính ................................................................................. 13
1.4.1. Khái niệm ảnh và vật trong quang học ................................................... 13
1.4.2. Cách dựng ảnh tạo bởi thấu kính ............................................................ 13
1.5. Các cơng thức về thấu kính ............................................................................ 15
1.6. Các phương pháp đo tiêu cự của thấu kính hội tụ .......................................... 15
1.6.1. Phương pháp ước tính nhanh .................................................................. 15
1.6.2. Phương pháp Descartes .......................................................................... 15
1.6.3. Phương pháp dùng ống chuẩn trực ......................................................... 16
2


1.6.4. Phương pháp Silbermann ....................................................................... 16

1.6.5. Phương pháp Bessel ............................................................................... 16
1.7. Đo tiêu cự của thấu kính phân kì bằng phương pháp các điểm liên kết......... 17
1.8. Một số bộ thí nghiệm đo tiêu cự của thấu kính .............................................. 18
1.8.1. Bộ thí nghiệm của hãng PHYWE ........................................................... 18
1.8.2. Bộ thí nghiệm của công ty cổ phần sách và thiết bị trường học Thành phố
Hồ Chí Minh ............................................................................................................... 19
1.8.3. Ưu điểm và nhược điểm các bộ thí nghiệm hiện hành ........................... 20
1.9. Kết luận chương 1 .......................................................................................... 20
Chương 2: XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐO TIÊU CỰ THẤU KÍNH .............. 21
2.1. Thiết kế bộ thí nghiệm .................................................................................... 21
2.2. Các thiết bị và linh kiện dùng trong thí nghiệm ............................................. 21
2.2.1. Đèn thí nghiệm ....................................................................................... 22
2.2.2. Dây dẫn ................................................................................................... 23
2.2.3. Cơng tắc .................................................................................................. 23
2.2.4. Thấu kính hội tụ...................................................................................... 23
2.2.5. Thấu kính phân kì ................................................................................... 24
2.2.6. Màn quan sát........................................................................................... 25
2.2.7. Vật sáng chữ L ........................................................................................ 25
2.2.8. Giá kẹp vật .............................................................................................. 25
2.2.9. Giá kẹp thấu kính.................................................................................... 26
2.2.10. Giá kẹp màn ảnh ................................................................................... 26
2.2.11. Giá gắn đèn thí nghiệm......................................................................... 27
2.2.12. Chân đế ................................................................................................. 27
2.2.13. Đế quang học, thước đo ........................................................................ 28
2.2.14. Bộ thí nghiệm sau khi thiết kế .............................................................. 28
2.2. Thực nghiệm đo tiêu cự của thấu kính hội tụ ................................................. 29
2.2.1. Phương pháp ước tính nhanh .................................................................. 29
2.2.2. Phương pháp Descartes .......................................................................... 30
2.2.3. Phương pháp Bessel ............................................................................... 32
3

2.2.4. Phương pháp Silbermann ....................................................................... 33
2.2.5. Phương pháp dùng ống chuẩn trực ......................................................... 34
2.3. Thực nghiệm đo tiêu cự của thấu kính phân kì bằng phương pháp các điểm liên
kết ............................................................................................................................... 36
2.4. Ứng dụng bộ thí nghiệm trong dạy học vật lí................................................. 37
2.5. Kết luận chương 2 .......................................................................................... 39
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI ........................................................ 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 41

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Các dạng cấu tạo của thấu kính hội tụ. .........................................................10
Hình 1.2. Các dạng cấu tạo của thấu kính phân kì. ......................................................10
Hình 1.3. Trục chính và trục phụ. .................................................................................11
Hình 1.4. Tiêu điểm ảnh chính và tiêu điểm ảnh phụ của thấu kính hội tụ. .................11
Hình 1.5. Tiêu diện vật và tiêu diện ảnh của thấu kính hội tụ. .....................................12
Hình 1.6. Tiêu điểm ảnh chính và tiêu điểm vật chính của thấu kính phân kì ..............12
Hình 1.7. Tiêu diện ảnh và tiêu diện vật của thấu kính phân kì. ..................................13
Hình 1.8. Tia sáng song song với trục chính thấu kính. ...............................................13
Hình 1.9. Tia sáng qua quang tâm thấu kính. ...............................................................14
Hình 1.10. Tia sáng qua tiêu điểm vật của thấu kính. ..................................................14
Hình 1.11. Tia sáng qua tiêu điểm phụ. ........................................................................14
Hình 1.12. Vẽ ảnh của vật qua thấu kính. ....................................................................14
Hình 1.13. Sơ đồ đo tiêu cự thấu kính hội tụ bằng phương pháp Bessel. ....................16
Hình 1.14. Bố trí thí nghiệm với thấu kính hội tụ. .......................................................17

Hình 1.15. Bố trí thấu kính phân kì ..............................................................................17
Hình 1.16. Bộ thí nghiệm của hãng PHYWE. ..............................................................18
Hình 1.17. Bộ thí nghiệm của cơng ty cổ phần nhà sách và thiết bị trường học Thành
phố Hồ Chí Minh. .........................................................................................................19
Hình 2.1. Bộ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính. .............................................................22
Hình 2.2. Đèn led dùng để chiếu sáng vật ....................................................................22
Hình 2.3. Dây dẫn và cơng tắc. ....................................................................................23
Hình 2.4. Thấu kính hội tụ f= +50mm và f= +100mm. ................................................24
Hình 2.5. Thấu kính phân kì f= -100mm ......................................................................24
Hình 2.6. Màn quan sát. ................................................................................................25
Hình 2.7. Vật sáng chữ L. .............................................................................................25
Hình 2.8. Giá kẹp vật. ...................................................................................................26
Hình 2.9. Giá kẹp thấu kính. .........................................................................................26
Hình 2.10. Giá kẹp màn ảnh .........................................................................................27
5


Hình 2.11. Giá gắn đèn led ...........................................................................................27
Hình 2.12. Chân đế. ......................................................................................................28
Hình 2.13. Đế quang học, thước đo. .............................................................................28
Hình 2.14. Các dụng cụ được tháo rời. .........................................................................28
Hình 2.15. Các dụng cụ được gắn lên đế quang học. ...................................................29
Hình 2.16. Ảnh chụp hệ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính hội tụ bằng phương pháp ước
tính nhanh. ....................................................................................................................30
Hình 2.17. Ảnh chụp hệ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính hội tụ bằng phương pháp
Descartes. .......................................................................................................................31
Hình 2.18. Ảnh chụp hệ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính hội tụ bằng phương pháp
Bessel. ...........................................................................................................................33
Hình 2.19. Ảnh chụp hệ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính hội tụ bằng phương pháp
Silbermann. ...................................................................................................................34

Hình 2.20. Ảnh chụp hệ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính hội tụ bằng phương pháp
dùng ống chuẩn trực. ....................................................................................................35
Hình 2.21. Ảnh chụp hệ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính phân kì bằng phương pháp
các điểm liên kết. ..........................................................................................................36
Hình 2.22. Sơ đồ kính thiên văn………………………………………………………36
Hình 2.23. Ảnh chụp bố trí hệ kính thiên văn. .............................................................38

6


MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài
Dạy học vật lí không chỉ cung cấp cho học sinh những kiến thức về vật lí,
mà quan trọng hơn cả là phải giúp học sinh vận dụng kiến thức giải quyết các
vấn đề mà thực tiễn đặt ra, trong đó có các kĩ năng thực hành.
Vì thế, việc dạy học vật lí địi hỏi phải có những bài thí nghiệm nhằm
giúp học sinh có cái nhìn trực quan, sinh động, dễ hiểu về các hiện tượng đã học
từ bài giảng lí thuyết. Tuy nhiên, các bộ thí nghiệm thường được thiết kế cố định
nên khó khăn trong dạy học phát triển năng lực người học khi ở lớp. Các kĩ năng
xây dựng các thí nghiệm của giáo viên chưa tốt cịn ngại áp dụng các phương
pháp dạy học theo hướng tích cực hóa hoạt động học tập của học sinh, đặc biệt
là ngại sử dụng thí nghiệm trong các giờ học. Các bộ thí nghiệm hiện có trên thị
trường khá đắt tiền.
Thiết nghĩ, với vai trò là một giáo viên, nếu chúng ta tự ý thức nâng cao
năng lực thực nghiệm, tự làm các bộ thí nghiệm đơn giản, linh động cao có thể
sử dụng được cả trên lớp học và trong phòng thí nghiệm thì sẽ góp phần làm
phong phú thêm các phương tiện giảng dạy của mình.
Đặc biệt là trong bài “Thấu kính mỏng” vật lí 11 việc xác định được tiêu
cự của thấu kính là vấn đề trọng tâm của bài học. Trong sách vật lí 11 chỉ có vài

cách xác định tiêu cự của thấu kính. Chính vì lí do đó nên tơi đã chọn đề tài:
"Xây dựng bộ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính dùng cho dạy học vật lí ở
trường phổ thơng" làm luận văn tốt nghiệp của mình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng bộ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì
tích hợp nhiều phương pháp dùng cho dạy học vật lí phổ thơng.

7


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.
Phạm vi nghiên cứu: Bài “Thấu kính mỏng” vật lí 11 trung học phổ thông.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lí thuyết về các định luật cơ bản của quang hình học và
các dụng cụ quang học.
Nghiên cứu các phương pháp đo tiêu cự của thấu kính.
Tìm hiểu thực trạng dạy học thực hành đo tiêu cự của thấu kính ở một số
trường THPT tỉnh Long An.
Tìm hiểu mục tiêu của việc đo tiêu cự của thấu kính.
Xây dựng bộ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì
bằng các phương pháp khác nhau.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu: tìm hiểu tính chất tạo ảnh của thấu kính,
nghiên cứu các phương pháp đo tiêu cự của thấu kính và ứng dụng của bộ thí
nghiệm.
Phương pháp quan sát, phương pháp điều tra: tìm hiểu một số trường
THPT ở Long An đã sử dụng phương pháp nào để đo tiêu cự của thấu kính.
Phương pháp thực nghiệm: bố trí các mơ hình thí nghiệm để đo đạc tiêu
cự của thấu kính.

6. Nội dung nghiên cứu
Trên cơ sở kiến thức về quang hình học chúng tơi xây dựng mơ hình bộ
thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì, xây dựng một số
ứng dụng liên quan đến thấu kính, từ đó lựa chọn các thiết bị, linh kiện để lắp
ráp thành bộ thí nghiệm.
Thực hiện các phép đo, xử lý số liệu và tính sai số của phép đo.
So sánh phép đo nào chính xác nhất, hiệu quả nhất. Đề xuất hướng phát
triển của đề tài.
8


7. Bố cục luận văn
Ngoài các phần mở đầu và kết luận, luận văn được chia làm 2 chương.
Chương 1. Trình bày cơ sở quang hình học của các loại thấu kính. Các
phương pháp đo tiêu cự của thấu kính ở trường phổ thơng và các bộ thí nghiệm
đo tiêu cự của thấu kính đang sử dụng trong dạy học hiện nay.
Chương 2. Trình bày thiết kế và xây dựng bộ thí nghiệm đo tiêu cự của
thấu kính. Tiến hành thí nghiệm và xử lý sai số để đánh giá độ chính xác của bộ
thí nghiệm.

9


Chương 1
CƠ SỞ QUANG HÌNH HỌC CỦA CÁC LOẠI THẤU KÍNH

1.1. Mơ tả cấu tạo các loại thấu kính
“Thấu kính là một khối chất trong suốt được giới hạn bởi hai mặt cong
hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng” [3]. Trong giới hạn luận văn chúng
tôi chỉ xét thấu kính mỏng (thấu kính mỏng có bề dày chính giữa rất nhỏ so với

bán kính mặt cầu) và do đó phù hợp với chương trình đào tạo trung học phổ
thơng.
Thấu kính lồi (cịn được gọi là thấu kính rìa mỏng) là thấu kính hội tụ [3],
có cấu tạo được minh họa như trên hình 1.1.

Hình 1.1. Các dạng cấu tạo của thấu kính hội tụ [3].

Thấu kính lõm (cịn được gọi là thấu kính rìa dày) là thấu kính phân kì
[3], được mơ tả như trên hình 1.2.

Hình 1.2. Các dạng cấu tạo của thấu kính phân kì [3].

10


1.2. Thấu kính hội tụ
1.2.1. Quang tâm, trục chính và trục phụ
Đối với thấu kính mỏng, có một điểm O của thấu kính mà khi mọi tia sáng
truyền tới điểm O đều truyền thẳng qua thấu kính. Ta thấy O là điểm chính giữa
thấu kính và là quang tâm của thấu kính.

Trục phụ

Trục chính

O

Hình 1.3. Trục chính và trục phụ [3].

Ta gọi “đường thẳng đi qua quang tâm O và vng góc với mặt thấu kính

là trục chính của thấu kính” [3]. “Các đường thẳng khác đi qua quang tâm O gọi
là trục phụ của thấu kính” [3].
1.2.2. Tiêu điểm và tiêu diện
Khi chùm tia tới song song được truyền đến thấu kính hội tụ thì chùm tia
ló cắt nhau tại một điểm trên trục chính [3]. Và nó là tiêu điểm ảnh chính của
thấu kính.
F' là tiêu điểm ảnh chính.

F1 là tiêu điểm ảnh phụ.
F’1

F/
O

O

F/

Hình 1.4. Tiêu điểm ảnh chính và tiêu điểm ảnh phụ của thấu kính hội tụ [7].

11


“Trên mỗi trục của thấu kính hội tụ cịn có một điểm mà chùm tia tới xuất
phát từ đó sẽ cho chùm tia ló song song. Đó là tiêu điểm vật của thấu kính” [3].
Các tiêu điểm tạo thành tiêu diện. Mỗi thấu kính đều có tiêu diện vật và tiêu diện
ảnh.

Chiều truyền ánh sáng

F/

F
O

Tiêu diện ảnh

Tiêu diện vật

Hình 1.5. Tiêu diện vật và tiêu diện ảnh của thấu kính hội tụ [3].

1.2.3. Tiêu cự và độ tụ
Tiêu cự của thấu kính được định nghĩa như sau: f = OF '

(1.1)

“Ta quy ước f > 0 đối với thấu kính hội tụ, ứng với tiêu điểm ảnh thật F'
và ở sau thấu kính” [3]. “Thấu kính có khả năng hội tụ chùm tia sáng càng mạnh
khi f càng nhỏ” [3]. Do đó người ta định nghĩa độ tụ của thấu kính như sau:
D=

1
.
f

(1.2)

trong đó: f tính bằng mét (m) và D tính bằng điơp (dp).
1.3. Thấu kính phân kì
“Quang tâm, tiêu điểm và tiêu diện của thấu kính phân kì được xác định

tương tự như với thấu kính hội tụ” [3].

F/

.
F

F/
O

.

F
O

Hình 1.6. Tiêu điểm ảnh chính và tiêu điểm vật chính của thấu kính phân kì [8].

12


Chiều truyền ánh sáng

F/

F
O
Tiêu diện vật

Tiêu diện ảnh

Hình 1.7. Tiêu diện ảnh và tiêu diện vật của thấu kính phân kì [3].

Tiêu cự và độ tụ của thấu kính phân kì có giá trị âm, tức là f < 0 và D < 0.
1.4. Sự tạo ảnh bởi thấu kính
1.4.1. Khái niệm ảnh và vật trong quang học
Từ việc tạo ảnh qua thấu kính, chúng ta nhận thấy:
“Ảnh thật có thể hứng trên màn ảnh” [3].
“Ảnh ảo chỉ có thể quan sát bằng mắt ở vị trí thu nhận được chùm tia
phản xạ hoặc khúc xạ” [3].
“Vật thật nếu chùm tia tới là chùm phân kì” [3].
“Vật ảo nếu chùm tia tới là chùm hội tụ” [3].
1.4.2. Cách dựng ảnh tạo bởi thấu kính
Đặc điểm của tia sáng truyền qua thấu kính:

F/

F

O

O

F

F/

Hình 1.8. Tia sáng song song với trục chính thấu kính [4].

13

Hình 1.9. Tia sáng qua quang tâm thấu kính [4].

Hình 1.10. Tia sáng qua tiêu điểm vật của thấu kính [4].
F1 /

F1 /
O

F/

F/

O

Hình 1.11. Tia sáng qua tiêu điểm phụ [4].

Vẽ ảnh của một vật phẳng nhỏ vng góc với trục chính của thấu kính:
- Dựng ảnh của điểm đầu mút của vật nằm ngồi trục chính.
- Từ ảnh của điểm đầu mút, hạ đường vng góc với trục chính của thấu
kính. Chân của đường vng góc này là ảnh điểm của vật thuộc trục chính.
B

B

.
A

F

F/

B/

A/

O

A

F/

A/

F

.

O

B/
Hình 1.12. Vẽ ảnh của vật qua thấu kính [7].

14


1.5. Các cơng thức về thấu kính
“ OA = d với quy ước: vật thật: d > 0; vật ảo: d < 0” [3].
“ OA ' = d ' với quy ước: ảnh thật: d’ > 0; ảnh ảo: d’ < 0” [3].
Ngoài ra, chiều và độ lớn của ảnh được xác định bởi tỉ số: k =

A' B '
AB

được gọi là số phóng đại ảnh.
Cơng thức thấu kính
1 1 1
+ = .
d d' f

(1.3)

Cơng thức xác định số phóng đại ảnh
k =−

d'
.
d

(1.4)

1.6. Các phương pháp đo tiêu cự của thấu kính hội tụ
1.6.1. Phương pháp ước tính nhanh
Chiếu một chùm sáng song song vào thấu kính hội tụ theo phương song
song với trục chính.
Dịch chuyển màn ảnh dọc theo trục chính của thấu kính, đến lúc ảnh rõ
nét trên màn ảnh.
Tìm khoảng cách từ thấu kính tới màn ảnh là tiêu cự.
Đo nhiều lần. Tính giá trị trung bình của tiêu cự và tính sai số của tiêu cự.
1.6.2. Phương pháp Descartes

Giữ cố định vật sáng và màn ảnh. Di chuyển thấu kính sao cho ảnh hiện
rõ nét trên màn. Đo khoảng cách từ vật sáng đến thấu kính ta được d. Khoảng
cách từ màn ảnh đến thấu kính là d ' .
Lúc đó tiêu cự của thấu kính được xác định là:

d .d '
.
f =
d + d'

(1.5)

Đo nhiều lần. Tính giá trị trung bình của tiêu cự và tính sai số của tiêu cự.

15


1.6.3. Phương pháp dùng ống chuẩn trực
Dùng hai thấu kính hội tụ để tạo ra ống chuẩn trực. Cố định hai thấu kính
của ống chuẩn trực, di chuyển thấu kính hội tụ cần đo sao cho trên màn xuất
hiện một vệt sáng nhỏ rõ nét. Lúc này khoảng cách từ thấu kính cần đo đến màn
ảnh là tiêu cự của thấu kính.
Đo nhiều lần. Tính giá trị trung bình của tiêu cự và tính sai số của tiêu cự.
1.6.4. Phương pháp Silbermann
Đặt thấu kính giữa vật sáng và màn ảnh. Dịch chuyển đồng thời vật và
màn đặt đối xứng nhau qua thấu kính cho tới vị trí thu được ảnh rõ nét trên màn
sao cho ảnh bằng vật [5].
Gọi L khoảng cách từ vật đến màn thì tiêu cự của thấu kính là:
f = L/4.

(1.6)

Đo nhiều lần. Tính giá trị trung bình của tiêu cự và tính sai số của tiêu cự.
1.6.5. Phương pháp Bessel
Bố trí các dụng cụ như hình 1.13.

Hình 1.13. Sơ đồ đo tiêu cự thấu kính hội tụ bằng phương pháp Bessel [5].

Ta có: AM = L.
Dịch chuyển thấu kính từ A đến M ta sẽ thu được hai vị trí của thấu kính
cho ảnh rõ nét trên màn. Khoảng cách đó là a. Lúc đó tiêu cự của thấu kính được
xác định là:
f = ( L2 − a 2 ) / (4 L) .

(1.7)

Đo nhiều lần. Tính giá trị trung bình của tiêu cự và tính sai số của tiêu cự.
16


1.7. Đo tiêu cự của thấu kính phân kì bằng phương pháp các điểm liên kết
Trước hết chúng ta bố trí các dụng cụ thí nghiệm như hình 1.14.

Hình 1.14. Bố trí thí nghiệm với thấu kính hội tụ [5].

Dịch chuyển thấu kính hội tụ O cho ảnh hiện ở trên màn M. Tiếp theo, ta
đặt thấu kính phân kì O’ gần màn M như trên hình 1.15. Khi đó ảnh thật qua
thấu kính ở trên đóng vai trị vật ảo của thấu kính phân kì. Ghi giá trị d = -O’M
[5].

Hình 1.15. Bố trí thấu kính phân kì [5].

Cố định đồng thời thấu kính hội tụ và phân kì. Di chuyển màn M ra xa tới
khi ta thấy có ảnh rõ trên màn. Sau đó, ghi lại khoảng cách d’ từ thấu kính phân
kì đến màn.
Lúc đó tiêu cự của thấu kính được xác định là:

f =

d .d '
.
d + d'

(1.8)

Đo nhiều lần. Tính giá trị trung bình của tiêu cự và tính sai số của
tiêu cự.
17


1.8. Một số bộ thí nghiệm đo tiêu cự của thấu kính
1.8.1. Bộ thí nghiệm của hãng PHYWE.
Mục đích thí nghiệm
Đo tiêu cụ của thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.
Ngun lý thí nghiệm
Dựa vào tính chất tạo ảnh của thấu kính và tùy theo phương pháp đo mà
có cách đo tiêu cự của thấu kính.
Dụng cụ thí nghiệm
Nguồn điện: Điện áp đầu ra 1-12 V DC, 6V/12V AC.
Dây dẫn.

Đèn thí nghiệm: đèn halogen 6V/10W.
Thấu kính hội tụ tiêu cự f = +50mm.
Thấu kính phân kì tiêu cự f = -100mm.
Giá giữ thấu kính; màn quan sát.
Vật sáng chữ T, chữ L.
Giá kẹp vật; các chân đế.
Đế quang học, thước đo dài 1000m.

Hình 1.16. Bộ thí nghiệm của hãng PHYWE [5].

18


1.8.2. Bộ thí nghiệm của cơng ty cổ phần sách và thiết bị trường học Thành
phố Hồ Chí Minh
Mục đích thí nghiệm
Xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ và phân kì.
Ngun lý thí nghiệm
Dựa vào tính chất tạo ảnh của thấu kính và tùy theo phương pháp đo mà
có cách đo tiêu cự của thấu kính.
Dụng cụ thí nghiệm
Nguồn điện: Điện áp đầu ra 3V, 6V, 9V, 12 V DC, 3V, 6V, 9V, 12 V AC.
Đèn thí nghiệm: đèn dây tóc 12V/21W.
Thấu kính hội tụ tiêu cự f = +50mm, f = +100mm, f = +300mm.
Thấu kính phân kì tiêu cự f = -100mm.
Màn quan sát; màn chắn sáng.
Vật sáng chữ F.
Giá kẹp vật; các chân đế.
Đế quang học, thước đo dài 750mm.

Hình 1.17. Bộ thí nghiệm của công ty cổ phần sách và thiết bị trường học Thành phố
Hồ Chí Minh [6].

19


1.8.3. Ưu điểm và nhược điểm các bộ thí nghiệm hiện hành
Ưu điểm:
Độ chính xác tương đối cao (sai số dưới 5%) đáp ứng yêu cầu giảng dạy
vật lý ở bậc phổ thông và bậc đại học.
Các bộ phận cơ bản của hệ thí nghiệm được lắp ráp cố định nên thời gian
đo đạc tương đối ngắn.
Nhược điểm:
Kích thước tương đối lớn nên chỉ sử dụng được trong phịng thí nghiệm,
rất khó đưa vào làm các thí nghiệm biểu diễn trong lớp học.
Giá thành các bộ thí nghiệm tương đối cao so với điều kiện tài chính của
các trường phổ thông hiện nay ở Việt Nam.
1.9. Kết luận chương 1
Trong chương 1 chúng tơi đã trình bày chi tiết về cấu tạo và các đặc trưng
của thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì. Cách xác định ảnh qua thấu kính hội
tụ và phân kì. Các phương pháp xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ và phân kì.
Giới thiệu vài bộ thí nghiệm đo thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì đang
được sử dụng hiện nay trong các trường trung học phổ thông và đại học. Các bộ
thí nghiệm dạy học hiện có trên thị trường thường phức tạp và chi phí khá cao.
Điều này hạn chế trong hoạt động dạy và học theo phương pháp mới của giáo
viên và học sinh.
Vì vậy, nghiên cứu, lắp ráp các bộ thí nghiệm đo tiêu cự của thấu kính
phù hợp với kiến thức phổ thơng, rẻ tiền, trực quan, thao tác đơn giản, gọn nhẹ
để có thể tự lắp ráp và sử dụng trong lớp học là hết sức cần thiết.

20


Chương 2
XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐO TIÊU CỰ THẤU KÍNH

2.1. Thiết kế bộ thí nghiệm
Trong chương 1 chúng tơi đã trình bày cơ sở lý thuyết về các phương
pháp đo tiêu cự của thấu kính hội và thấu kính phân kì. Bây giờ dựa vào các
phương pháp đo tiêu cự của thấu kính chúng tơi thiết kế bộ thí nghiệm đo tiêu cự
của thấu kính theo các bước như sau:
Bước 1: Chọn thấu kính hội tụ có tiêu cự f = +50mm và tiêu cự
f = +100mm; thấu kính phân kì có tiêu cự f = -100mm. Các thấu kính đều có
đường kính 4,5cm.
Bước 2: Chọn ống nhựa PVC có đường kính 4,9cm. Sau đó khoan một lỗ
nhỏ có đường kính 6mm, gắn thấu kính mà ta muốn đo tiêu cự vào ống PVC.
Bước 3: Lấy thanh sắt có đường kính 6mm gắn vào lỗ đã khoan trên ống
PVC để tạo thành một chân đế giúp thấu kính được giữ cố định khi làm thí
nghiệm.
Bước 4: Chọn giấy bìa cứng cắt thành hình trịn có đường kính 9cm để
làm màn quan sát, và dùng giấy này cắt thành chữ L để làm vật sáng.
Bước 5: Chọn một bóng đèn led 220V – 3W để làm nguồn sáng. Đồng
thời chọn dây dẫn và công tắc để nối với đèn led.
Bước 6: Dùng ống PVC để gắn đèn led vào.
Bước 7: Dùng thanh nhôm dài 70cm để làm giá quang học. Sau đó lấy
thước dây dán lên thanh nhơm để tạo thành hệ giá quang học và thước đo.
Bước 8: Lắp từng bộ phận lên giá quang học ta được bộ thí nghiệm như
hình 2.1.

21

Hình 2.1. Bộ thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính.

2.2. Các thiết bị và linh kiện dùng trong thí nghiệm
2.2.1. Đèn thí nghiệm
Trong bộ thí nghiệm này chúng tơi dùng bóng đèn led để chiếu sáng vật
với các thơng số kỹ thuật như sau:
Nguồn điện: AC 220V.Công suất: 3W.
Màu sắc: màu trắng.
Hình dạng: hình cầu.
Kích thước: đường kính 4,5cm.
Giá tham khảo: 15000 VNĐ

Hình 2.2. Đèn led dùng để chiếu sáng vật.

22


2.2.2. Dây dẫn
Chúng tôi chọn dây dẫn điện xoay chiều có thơng số kỹ thuật như sau:
Vật liệu: lõi làm bằng đồng, vỏ làm bằng nhựa.
Màu sắc: màu vàng.
Đường kính: 2mm.
Giá tham khảo: 3000 VNĐ/1m
2.2.3. Công tắc
Để đảm bảo tắt mở đèn linh hoạt trong thí nghiệm chúng tơi chọn cơng tắc
có thơng số kỹ thuật như sau:
Vật liệu: nhựa.
Màu sắc: màu trắng.

Nguồn điện: AC 220V.
Giá tham khảo: 3000 VNĐ.

Hình 2.3. Dây dẫn và cơng tắc.

2.2.4. Thấu kính hội tụ
Để giảm chi phí của việc lắp ráp bộ thí nghiệm chúng tơi chọn thấu kính
hội tụ nhỏ gọn mua ở các nhà sách với thông số kỹ thuật như sau:
Vật liệu: thủy tinh trong suốt.
Hình dạng: hình trịn.
Kích thước: đường kính 4,5cm.
Tiêu cự: f = +50mm và f = +100mm
Giá tham khảo: 50000 VNĐ

23