Nhận biết
Nhận diện bộ dụng cụ: vật sáng chữ F, thấu kính hội tụ, màn trắng, nguồn sáng, giá quang học, thước.
01 · Mục tiêu bài học
Sau bài học, em có thể bố trí thí nghiệm đo tiêu cự của thấu kính hội tụ, tạo được ảnh thật rõ và cao bằng vật, đo các đại lượng cần thiết, ghi kết quả nhiều lần và trình bày báo cáo thực hành.
Thông hiểu
Giải thích điều kiện d=d′=2f khi ảnh thật cao bằng vật; xác định L=d+d′=4f.
Thực hành
Điều chỉnh để ảnh rõ, cao bằng vật; đo độ dài, ghi bảng và tính giá trị trung bình sau nhiều lần.
Vận dụng
Phát hiện bố trí chưa đạt, hạn chế sai số thị sai và đánh giá độ tin cậy kết quả đo.
Câu hỏi khởi động: Có thể xác định tiêu cự chỉ bằng cách đo từ quang tâm đến điểm hội tụ của chùm sáng song song không? Cách đo đó gặp khó khăn gì? Làm thế nào xây dựng phép đo thuận tiện hơn bằng vật sáng và màn chắn?
02 · Kiến thức và quy trình thực hành
I. Dụng cụ và an toàn
Chuẩn bị thấu kính hội tụ, màn trắng, vật sáng dạng chữ F (hoặc chữ L), nguồn sáng phù hợp, giá quang học và thước đo. Đặt mặt phẳng vật và màn vuông góc với trục chính, căn vật – kính – màn cùng trục. Đọc thước ở hướng gần vuông góc để giảm sai số thị sai.
An toàn: Không nhìn trực tiếp vào Mặt Trời qua thấu kính; không hội tụ ánh sáng Mặt Trời lên vật dễ cháy. Thực hành ưu tiên nguồn sáng điện phù hợp trong phòng học; chú ý an toàn điện.
II. Cơ sở của phép đo đối xứng
Với thấu kính hội tụ mỏng, một vật sáng AB đặt vuông góc trục chính tại khoảng d=2f tạo ảnh thật A′B′ ngược chiều, cao bằng vật, nằm phía sau kính tại d′=2f.
(9.1) d = d′ = 2f (khi ảnh thật rõ và cao bằng vật)
(9.2) L = d + d′ = 4f
(9.3) f = (d + d′) / 4 = L / 4
Điều kiện bắt buộc: (9.3) là công thức cho cách đo đối xứng (ảnh thật rõ và có chiều cao bằng vật), không phải công thức đo tiêu cự cho mọi vị trí vật–ảnh. Ảnh chỉ rõ mà cao khác vật không đủ để dùng f=L/4.
III. Các bước tiến hành
- Đo chiều cao h của vật sáng; ghi đơn vị đo.
- Lắp vật, thấu kính và màn trên giá, cùng trục; vật và màn ở hai phía kính.
- Dịch vật và màn hợp lí để thu được ảnh thật rõ, ngược chiều và cao xấp xỉ h.
- Đo d từ vật tới quang tâm O, d′ từ O đến màn, chiều cao ảnh h′; xác định L=d+d′.
- Tính f=L/4 khi đạt điều kiện đối xứng; lặp lại 5 lần, ghi bảng, tính f trung bình, nhận xét sai số.
Phân biệt: Độ cao ảnh h′ và độ cao vật h là độ dài dương; ảnh thật có chiều ngược với vật. Để so sánh h′/h, dùng trị số độ dài, không dùng dấu âm của độ phóng đại.
IV. Xử lí kết quả và đánh giá
Cho mỗi lần đo hợp lệ, tính fi = Li/4. Với n lần đo, tính trung bình f̄ = (f₁ + f₂ + … + fₙ)/n. Khi báo cáo cần nêu độ chia thước, mức độ nét, sai số căn trục và sai lệch h′ so với h. Không mặc định số liệu mô phỏng là dữ liệu đo thật.
03 · Quan sát và thực hành ảo
Hoạt động 1 · Dịch vật và màn để tìm ảnh rõ bằng vật
Chọn mẫu thấu kính, kéo hai thanh điều chỉnh khoảng cách d và d′. Trên sơ đồ, tia sáng xuất phát từ đỉnh B đi qua O và song song trục chính. Khi hội tụ tại màn, ảnh sẽ rõ; khi đồng thời |h′|=h, phép đo đối xứng đạt yêu cầu.
Khoảng vật–màn L60 cm
Ảnh thật tại d′30 cm
Độ cao ảnh so với vật1,00 lần
Ước tính f = L/415 cm
Ảnh đã rõ và cao bằng vật.
Lưu ý: Đây là mô phỏng thấu kính mỏng lí tưởng. Vị trí ảnh thật được tính từ quan hệ quang hình học để dựng tia, không thay cho quá trình đo thực tế. Dòng “ước tính f=L/4” chỉ có ý nghĩa khi trạng thái báo ĐẠT.
Hoạt động 2 · Ghi kết quả 5 lần đo và tính giá trị trung bình
Điền số liệu đo trên dụng cụ thật hoặc lấy trạng thái đạt từ mô phỏng. Bảng kiểm tra điều kiện gần đối xứng theo d, d′ và h, h′, nhưng vẫn cần giáo viên đánh giá độ nét thực tế.
Chỉ ghi số liệu khi ảnh rõ và cao bằng vật.
| Lần | d (cm) | d′ (cm) | L (cm) | h (cm) | h′ (cm) | f (cm) | Đánh giá |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Chưa có dữ liệu đo. | |||||||
Số lần đo: 0/5
f trung bình (chỉ lần hợp lệ): —
Nhận xét: Chưa có số liệu.
Mỗi lần đo được lưu trong phiên đang mở; bảng không tự gửi dữ liệu lên máy chủ. Số liệu mô phỏng và số liệu đo thật cần được phân biệt khi viết báo cáo.
Hoạt động 3 · Chẩn đoán sai sót thí nghiệm
Ảnh chưa rõ
Ảnh trên màn có dạng nhòe, cần dịch màn tới vị trí ảnh thật rồi mới so sánh chiều cao.
Ảnh rõ nhưng chưa cao bằng vật
Tiếp tục chỉnh vật và màn sao cho d≈d′ và h′≈h. Không lấy f=L/4 khi chưa đạt điều kiện đối xứng.
Không hứng được ảnh
Kiểm tra có đặt vật trong hoặc đúng tiêu cự không, đồng thời kiểm tra ánh sáng, hướng đặt kính và căn trục.
Đọc số liệu lệch
Đo khoảng cách đúng từ vật tới quang tâm, từ quang tâm tới màn; đọc thước vuông góc và ghi đúng đơn vị.
04 · Luyện tập và kiểm tra
4.1 · 12 ví dụ có lời giải
Mở mỗi ví dụ để xem cách xác định điều kiện đo, sử dụng công thức và phản biện số liệu.
4.2 · 36 câu tự luyện
12 câu Nhận biết, 12 câu Thông hiểu và 12 câu Vận dụng; mỗi câu có phản hồi sau khi chọn.
Đã làm: 0/36 · Đúng: 0/36
4.3 · Kiểm tra cuối bài: 22 câu, 10 điểm
Phần I: 10 ABCD × 0,25 = 2,50 điểm. Phần II: 6 câu Đúng/Sai, mỗi câu 4 ý = tối đa 6,00 điểm. Phần III: 6 câu trả lời ngắn × 0,25 = 1,50 điểm (chỉ nhập số, không kèm đơn vị, tối đa 4 kí tự).
Quy tắc chấm Đ/S: Đúng 1/2/3/4 ý được 0,10/0,25/0,50/1,00 điểm; không đúng ý nào = 0 điểm. Đáp án chỉ hiển thị sau khi nộp bài.
05 · Sơ đồ tư duy
Sáu nhánh hệ thống quy trình và điều kiện đo tiêu cự.
06 · Em có biết?
Vì sao ảnh chữ F thuận tiện?
Hình chữ F có nét không đối xứng nên giúp nhận biết ảnh bị đảo chiều và so sánh kích thước thuận tiện hơn một vệt sáng tròn.
Thước có độ chia nhỏ chưa đủ
Kết quả còn phụ thuộc vị trí quang tâm, mức độ sắc nét của ảnh và việc đọc vạch chia. Không nên ghi quá nhiều chữ số có nghĩa so với khả năng đo.
Phương pháp dùng vật rất xa
Với vật ở rất xa, ảnh thật gần tiêu diện phía sau thấu kính; có thể ước lượng f từ vị trí ảnh rõ trên màn. Tránh dùng ánh nắng trực tiếp do nguy cơ tổn thương mắt hoặc gây cháy.
Có phương pháp hai vị trí thấu kính
Khi giữ cố định vật và màn, đôi khi tồn tại hai vị trí kính cho ảnh thật rõ. Đó là một phương pháp đo khác với cách đo ảnh cao bằng vật trong bài học này.
Nhắc lại: Trong bài này, thí nghiệm đúng là ảnh thật rõ và cao bằng vật. Hãy phân biệt L từ vật tới màn với d và d′ đo từ quang tâm, và phân biệt ảnh thật với ảnh ảo.
Bài học và sơ đồ tự biên soạn, tham chiếu SGK Khoa học tự nhiên 9 – Kết nối tri thức với cuộc sống, Bài 9 (trang 47–49), NXB Giáo dục Việt Nam. Không sử dụng hình SGK có bản quyền.