透镜焦距测量实验讨论

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老师,请问测量不确定度的时候应该保留多少有效数字?在计算B类不确定度ub1中,怎么确定的几分之几呢? — 王靖雯 2012/09/22 10:05
不管几位,最后给出的不确定度有效数字只能取1位到2位(3位与3位以上都错),在本实验室里都取1位。仪器分度值的几分之几要看仪器精度,例如,本实验中如果使用钢尺,刻度均匀,可取十分之一;但如果使用木尺,且刻度不均匀;最多只能取二分之一。又比如,激光衍射光斑很大(另一个光栅实验中),即使用钢尺,也只能取二分之一-。所以最后取多少,看情况而定(有时实验告示牌内有提示)。如果是习题,则题目中会给出– 童培雄 2012/09/24 08:39
请问老师:
  1. 书上实验原理所给的薄透镜成像公式是 1/p'-1/p=1/f',但是我记得原来学的是1/p+1/p'=1/f'(普通物理学上也是这么写的)。并且我用第二个公式推导2、3、4式都推得出来,用第一个公式却不会推……这是怎么一回事,还是两个公式关于物距像距的符号取得不一样?
  2. 在用二次成像法测量焦距的数据表格中,要求在D确定的情况下测量5组d。但是由p+p'=D和薄透镜成像公式,一旦f和D确定,p和p'不就已经确定了么,为什么还要重复测量那么多次?(为了减小误差?)或者,每次测量时要改变D?
  3. 书上介绍的透镜组的实验测量凹透镜焦距中,透镜成像公式里个数值符号应该怎么取?(我取S2为负用1/p+1/p'=1/f'正好可以推出3式。)在用透镜组测量凹透镜焦距的实验中,并没有用到前面测量的凸透镜焦距,老师是吧?
  4. 如果用组合透镜那个方法测量凹透镜焦距,因为两块透镜之间是不可能无缝叠放的,那组合透镜的位置该如何确定呢,是在两块透镜光心位置正中间吗?(那样好像也会有误差,加上前面测量凸透镜焦距的误差,会不会极不准确?)
  5. 我每次画凹透镜呈像的图,呈的虚像总是比实物小,这里的实像却比虚物大。是因为物为虚像为实故而光路逆过来了吗? — 叶天琳 2012/09/23 15:50
对上面同学的问题:1.我想可能是因为书上规定说“光的传播方向为正”,又有“P为光心到物体的距离”,因此P总是取负值(但个人认为既然这样还是通常的1/u+1/v=1/f表达比较简洁)。2.从表格看D是不变的,我还没有做实验目前也觉得这个重复不是很有必要,如果改进成D变化是不是更好?望老师解答。3.凹透镜的焦距、虚像的像距都是负数;凸透镜焦距应该是已知的。4.同问。5.虚像应该比实物小;而实验中本身就已经是虚物距了。如果有哪里不对还请老师指正。 — 时嘉姝 2012/09/23 19:53
谢谢时嘉姝同学的回答。这里我想做个补充:第一问,书中公式1中物距与像距定义为透镜右面为正,左面为负。当然中学所学公式就不能这样定义。第二问,测量5组d是多次测量,所以D不能变(相同条件下)。由于每次看到像的清晰度不同(每次判断不同)。所以每次d有差异。第三问,透镜成像公式里的数值符号应该按书中物距与像距正负定义去做。是的,测量中没有用到前面测量的凸透镜焦距,但凸透镜焦距大小会影响凹透镜的物像位置。第四问,实验中没有要求确定组合透镜的位置。 — 童培雄 2012/09/24 21:28
老师,第四个问题我的意思是按照书上的选作实验,即测出组合透镜的焦距后再算凹透镜焦距~~那个应该需要测组合透镜的位置吧。还有第五问那个同学的意思我不太明白。。是说因为物是虚的,所以像比物大么? — 叶天琳 2012/09/24 22:02
可通过像的大小(放大倍数)与物与像的距离推算。当然我想还有其他方法。同学的回答的第五个问的意思是物像是会聚光(实际上实物不在这个位置,也可有人称“虚物”),与一般情况下放在凹透镜前的物体发出光线成像。正好相反。 — 童培雄 2012/09/25 10:33
请问老师:我认为教材上第228页的图6-4有问题,经过凹透镜之后光路不是应该发散了吗? — 时嘉姝 2012/09/23 19:47
教材上第228页的图6-4中经过凹透镜之后光路是发散的。 — 童培雄 2012/09/24 15:12
这张图没什么问题,“经过凹透镜之后光”即出射光相对之前的入射光是起到了发散效果,但出射光还是会聚的。— 岑剡 2012/10/10 14:22
请问老师:实验之后我还是想不出移动凹透镜和移动像屏的区别在哪里? — 时嘉姝 2012/09/24 20:21
移动像屏的目的是寻找像距,移动凹透镜的目的是改变物距。 — 童培雄 2012/09/24 21:19
如果先固定凹透镜,有可能成像位置不在光具座上而在光具座外。 — Chen Yuanjie 2012/10/10 10:27
请问老师,表格上已经给出u(D)=0.5mm,那u(d)是否也是0.5mm呢?是否对于所有测量出的数据,都是u=0.5mm而可以而不需要去算ub1,ub2了呢?如果那样的话,那么用自准值法测量凸透镜焦距时,f应该用不确定度传递法则,即它的不确定度算下来应该是0.25mm对吗? — 叶天琳 2012/09/25 21:48
f应该可以用不确定度传递法则,但通常uB2很小,可忽略。所以最后也可以只计算A类不确定度。 — 童培雄 2012/09/26 08:52
在判断成像清晰位置时,往往很难界定uB1是多少,通常作多次测量,用uA代替uB1。由于实验时间有限,在作二次成像法测焦距时,保持D不变,因此由实验室给出大致的u(D)。 — Chen Yuanjie 2012/10/10 10:47
我也是上面同学的问题,d是两个测量数据的差值,而且共测量了5遍,这时候怎么算它的不确定度呢?—杨茜
A类不确定度 — 童培雄 2012/10/19 08:44
老师,我有一个疑问,在测量凹透镜焦距时,组合透镜时,实验室老师让先固定凸透镜和像屏(距离适当),然后移动凹透镜(改变物距)直到在像屏上呈现清晰的放大的像。这当然是合理的,但是为什么如果先固定凹透镜,再移动像屏来寻找清晰的像时会出现像都是清晰的,只是大小在变的情况?————刘畅(12307120190)
通常以边缘轮廓清晰为准. — 童培雄 2012/10/20 13:16
“再移动像屏来寻找清晰的像时会出现像都是清晰的”应该是都比较清晰的,但是要找到最清晰的,最清晰只有一个位置。 — 岑剡 2012/10/30 13:37

老师,你好。用自准法测透镜焦距时,计算uA时,是直接用两个数据的差值计算还是用测得的数据计算再用传递公式?如果用后者第一组数据未变啊!怎么求uA?转180度前后数据是放在一起计算uA吗,好像条件改变了,还是分别计算不确定度,那要怎么算啊?谢谢! — 吴静静 2012/10/25 18:12

用传递公式 — 童培雄 2012/10/25 21:51
此处所指的“数据的差值”应该是焦距,焦距是直接测量量,要用对直接测量量进行多次测量的不确定度计算。要注意的一点是,这几组测量量必须是同一条件(全同测量)下测量所得。 — 岑剡 2012/10/30 13:31
老师,您好,请问一下第四个实验该如何计算不确定度呢?是先用b类不确定度,以及传递公式算出一组数据的不确定度么?还是最后直接用算得的焦距进行a类不确定度的计算? — 陈子任 2012/12/10 10:42
计算较复杂,第四个实验对不确定度计算不要求。 — 童培雄 2012/12/11 09:53
老师,你好,我想问下为什么凸透镜成的像边缘轮廓会发生颜色的改变,好像有变成蓝色?还有书上说用自准直法测量焦距时需要旋转180°的原因是因为“镜片的光心与光具座基座底部的箭头并不在同一垂直面内”,“两次结果的平均值才是该镜片光心的实际位置”,那么数据处理的时候需要取平均值吗?可是进行实验的过程中,并没有将镜片连着透镜夹旋转啊,旋转镜片也不一定是180°了,那么还是两次结果的平均吗? — 金尚霖 2012/12/12 20:01
这是不同频率的光折射不一样造成的色差。由于透镜与刻度线不平行,所以要旋转180°再做一次,两个取平均数可以消除影响。 — 童培雄 2012/12/13 10:41

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