Xem toàn bộ tài liệu Lớp 11: tại đây
Báo cáo thí nghiệm: Xác định chiết suất của nước và tiêu cự của thấu kính phân kì
Họ và tên………………….. Lớp…………… Tổ…………
Tên bài thực hành: Xác định chiết suất của nước và tiêu cự của thấu kính phân kỳ
I. Mục đích thí nghiệm:
– Xác định chiết suất của nước và tiêu cự của thấu kính phân kỳ.
– Rèn luyện kỹ năng sử dụng, lắp ráp, bố trí các linh kiện quang và kỹ năng tìm ảnh của vật cho bởi thấu kính.
II. Cơ sở lý thuyết
* Tia tới SI nằm trong mặt phẳng vuông góc với thành cốc hình trụ chứa nước, chiếu tới thành cốc và bị khúc xạ vào môi trường nước cho tia khúc xạ II’. Coi thành cốc rất mỏng, ta tính được chiết suất của nước qua công thức:
* Để xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ, ta ghép nó đồng trục với thấu kính hội tụ sao cho vị trí ảnh thật A1B1 của vật AB cho bởi thấu kính hội tụ nằm ở phía sau thấu kính phân kỳ và nằm trong tiêu cự của thấu kính phân kỳ. Khi đó, ta thu được ảnh thật A2B2 trên màn. Tiêu cự f của thấu kính phân kỳ được xác định theo công thức:
III. Tiến trình thí nghiệm
a) Xác định chiết suất của nước
* Dụng cụ thí nghiệm
– Một cốc thủy tinh hình trụ thành mỏng dung tích 500ml, đường kính 80 mm.
– Băng dính sẫm màu rộng 50 mm, dao có lưỡi mỏng, nến và diêm.
– Thước chia đến mm, bút chì và giấy trắng.
* Tiến trình:
– Dán băng dính sẫm màu bao quanh thành ngoài cốc và rạch trên băng dính một khe hẹp rộng khoảng 2 mm, dọc theo đường sinh của cốc. Đổ nước vào chừng nửa cốc.
– Đặt ngọn nến đang cháy và cốc nước lên trên tờ giấy ở mặt bàn, cách nhau 20cm. Xoay cốc nước sao cho chỉ có vết sáng trên băng dính đối diện với khe hẹp.
– Vẽ đường viền chu vi đáy cốc lên tờ giấy. Đánh dấu hình chiếu M của vết sáng trên chu vi đáy cốc.
– Xoay cốc đi một góc khoảng 30o. Đánh dấu các vị trí I, M và các hình chiếu S’, I’ của hai vết sáng ở thành cốc lên đường viền chu vi đáy cốc ở tờ giấy.
– Lặp lại hai lần thí nghiệm trên bằng cách tiếp tục xoay cốc đi một chút.
– Bỏ cốc và ngọn nến ra. Đo từng cặp các đoạn S’M, I’M tương ứng và ghi vào bảng số liệu.
– Tính và ghi vào bảng số liệu giá trị chiết suất của nước theo công thức:
– Tính n− và Δn.
b) Xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ.
* Dụng cụ:
– Một băng quang học dài 1000mm, có gắn thước thẳng chia đến mm.
– Một thấu kính hội tụ và 1 thấu kính phân kỳ.
– Một đèn chiếu sáng 6V-8W và các dây dẫn.
– Một nguồn điện 6V-3A.
– Vật sáng AB có dạng hình số 1 nằm trong lỗ tròn của tấm nhựa, màn ảnh.
– Năm đế trượt để cắm đèn, vật, hai thấu kính và màn ảnh.
* Tiến trình thí nghiệm.
– Bố trí đèn, vật, thấu kính hội tụ và màn ảnh sao cho thu được ảnh rõ nét nhất trên màn, có kích thước nhỏ hơn vật. Đánh dấu vị trí của ảnh trên băng quang học.
– Đặt thấu kính phân kỳ vào trước màn và cách màn một khoảng d = 50mm. Dịch dần màn ra xa thấu kính phân kỳ tới vị trí thu được ảnh rõ nét trên màn.
– Đo và ghi vào bảng số liệu các khoảng cách d, d’. Tính tiêu cự của thấu kính phân kỳ theo công thức:
– Lặp lại bước thí nghiệm này hai lần với những giá trị d gần với giá trị d ở trên. Tính f trong từng thí nghiệm.
– Tính f− và Δf.
IV. Kết quả thí nghiệm:
* Xác định chiết suất của nước:
Bảng 56.1
Tính các giá trị trung bình và sai số:
n = n− ± Δn = 1,323 ± 0,037
* Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì
Ảnh A1B1 đối với thấu kính phân kỳ trong thí nghiệm đóng vai trò là vật ảo nên d lấy dấu (-).
| Lần thí nghiệm | d (mm) | d’(mm) | f (mm) |
| 1 | -50 | 134 | -79,8 |
| 2 | -54 | 165 | -80,3 |
| 3 | -48 | 123 | -78,7 |
Kết quả thu được sau mỗi lần đo luôn có sự sai lệch, nguyên nhân do sai số ở dụng cụ đo và quá trình làm thực nghiệm đo đạc.
Câu 1 (trang 278 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Vì sao ở thí nghiệm xác định chiết suất của nước, cốc đựng nước phải có thành mỏng, đường kính lớn và được xoay với các góc quanh 30o
Lời giải:
Khi xác định chiết suất của nước, cốc đựng nước phải có thành mỏng đo độ dài tia sáng khúc xạ trong thủy tinh thành cốc không đáng kể; đường kính cốc lớn để giảm thiểu sai số đo tia khúc xạ trong thủy tinh gây ra.
Cốc được xoay với các góc α ≤ 30o vì nếu α > 30o thì độ dài tia khúc xạ trong thủy tinh thành cốc lớn tạo sai số lớn cho phép đo.
Trả lời Câu hỏi (trang 278)
Câu 2 (trang 278 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Ngoài phương án đã làm, em còn biết những phương án nào khác để xác định chiết suất của nước?
Lời giải:
Phương án xác định chiết suất của nước
Dùng cốc thủy tinh đáy rất mỏng
Đặt một bảng chia độ có đường kính trùng mặt nước
Đến S cho tia tới SI từ nước ra không khí, đo giá trị i, r nhiều lần
Trả lời Câu hỏi (trang 278)
Câu 3 (trang 278 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Trong thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ, để xác định giá trị d’, tại sao ta phải tìm vị trí của màn cho ảnh rõ nét nhất của vật.
Lời giải:
Trong thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì, để xác định giá trị d’, ta phải tìm vị trí của màn cho ảnh rõ nét nhất của vật vì: Trong thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì, vật ảo cho ảnh thật, do đó tìm vị trí của màn cho ảnh rõ nét nhất của vật, đó là ảnh thật qua thấu kính phân kì, từ đó xác định được giá trị d’.
Tiêu cự của thấu kính được xác định bằng công thức:
Trả lời Câu hỏi (trang 278)
Câu 4 (trang 278 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy nêu phương án thí nghiệm dùng hệ thấu kính phân kỳ – thấu kính hội tụ để xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ. Ngoài phương án thí nghiệm này, em còn biết những cách nào khác để xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ?
Lời giải:
Đặt vật AB trước 1 hệ thấu kính phân kì – hội tụ như hình vẽ, chọn khoảng cách a giữa hai thấu kính a > f2 (đã biết)
Dịch chuyển màn ảnh sau thấu kính hội tụ để có được một ảnh thật rõ nét trên màn, đo khoảng cách d′2 = O2B2
Tính d2 theo công thức:
Có d1 và d′1 tính được tiêu cự của thấu kính phân kì:
Làm thí nghiệm nhiều lần với giá trị a > f2 xác định giá trị trung bình của f1.
Trả lời Câu hỏi (trang 278)