41b, 1. Zasada pomiaru


1.  Zasada pomiaru.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie ogniskowej soczewki skupiającej metodą:

1. Pomiaru odległości przedmiotu od soczewki i odległości obrazu od soczewki na ławie optycznej.

2. Metodą Bessela

Metoda pierwsza polega na wyznaczeniu odległości przedmiotu od soczewki oraz odległości obrazu od soczewki. W tym celu na ławie optycznej ustawiamy ekran, soczewkę i przedmiot tak, aby na ekranie otrzymać ostry obraz przedmiotu. Odczytane wartości odległości przedmiotu od soczewki (x) i odległości obrazu od soczewki (y), pozwalają na obliczenie wielkości ogniskowej soczewki (f) ze wzoru:

Metoda druga polega na wyznaczeniu odległości między ekranem i przedmiotem (d) oraz odległości między dwoma położeniami soczewki (a). W tym celu ustawiamy soczewkę tak aby na ekranie otrzymać obraz powiększony a następnie pomniejszony. Wprowadzając przyjęte poprzednio oznaczenia (metoda pierwsza) i podstawiając:

oraz korzystając ze wzoru obliczamy ogniskową soczewki:

2.  Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.

Błąd mierzonych wielkości Δx, Δy jest to różnica położeń soczewki (odległość soczewki po przesunięciu w jedną i w drugą stronę, przy której obraz jest jeszcze ostry), Δa i Δd określamy podobnie jak powyższej.

3.  Tabele pomiarowe.

Tabela nr1

Lp.

x

[cm]

Δx

[cm]

y

[cm]

Δy

[cm]

f

[cm]

[cm]

1.

19,5

0,3

20,4

0,4

10,0

0,2

2.

14,0

0,2

34,7

0,4

10,0

0,2

3.

13,2

0,4

40,2

0,2

9,9

0,1

4.

14,4

0,6

29,4

0,2

9,7

0,1

5.

18,3

0,3

20,3

0,2

9,6

0,2

= 9,8

=0,8

Tabela nr2

Lp.

d

[cm]

Δd

[cm]

a

[cm]

Δa

[cm]

f

[cm]

[cm]

1.

45,2

2,0

15,2

2,0

10,0

0,1

2.

50,2

0,6

23,0

0,5

9,9

0,0

3.

52,2

2,0

25,6

0,3

9,9

0,0

4.

46,2

1,0

18,2

0,5

9,8

0,1

5.

65,2

3,0

40,8

0,8

9,9

0,0

= 9,9

0,2

4.  Przykładowe obliczenia wyniku pomiaru wielkości złożonej.

Obliczenia dla pomiaru 1 z tabeli nr1

Obliczenia dla pomiaru 1 z tabeli nr2

5.  Rachunek błędów.

Obliczanie błędu przeciętnego.

Dla pomiarów z tabeli nr1.

Dla pomiarów z tabeli nr2.

Obliczanie błędu maksymalnego.

Dla pomiaru 1 z tabeli nr1.

Dla pomiaru 1 z tabeli nr2.

6.  Zestawienie wyników pomiarów.

Dla tabeli nr1

f=

10,0

±

0,2

[cm]

f=

10,0

±

0,2

[cm]

f=

9,9

±

0,2

[cm]

f=

9,7

±

0,2

[cm]

f=

9,6

±

0,2

[cm]

Wartość średnia z pięciu pomiarów

f=9,8 ± 0,2 [cm]

Dla pomiaru 1

f=10,0 ± 0,2 [cm]

Dla tabeli nr2

f=

10,00

±

0,04

[cm]

f=

9,90

±

0,04

[cm]

f=

9,90

±

0,04

[cm]

f=

9,80

±

0,04

[cm]

f=

9,90

±

0,04

[cm]

Wartość średnia z pięciu pomiarów

f=9,90 ± 0,04 [cm]

Dla pomiaru 1

f=10 ± 1 [cm]

7. Uwagi i wnioski.

Po uwzględnieniu błędu można stwierdzić że ogniskowa badanej soczewki A wynosi 10 [cm]. Na podstawie zestawienia wyników pomiarów możemy zauważyć że metoda Bessela jest dokładniejsza od metody pierwszej, ponieważ występuje mniejsza rozbieżność wyliczonej ogniskowej soczewki i błąd przeciętny jest znacznie mniejszy. Obliczony błąd maksymalny dla pomiaru 1 z tabeli nr2 wynosi 10% dlatego że pomiary odległości między ekranem i przedmiotem oraz odległości między dwoma położeniami soczewki obarczone były dużym błędem.



Wyszukiwarka