物理实验思考题问题详解.docx

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物理实验思考题问题详解

光学实验思考题集

一、薄透镜焦距的测定

⒈远方物体经透镜成像的像距为什么可视为焦距？

答：

根据高斯公式

＝1，有其空气中的表达式为

，对于远方的物体有u＝－，代入上式得f´＝v，即像距为焦距。

⒉如何把几个光学元件调至等高共轴？

粗调和细调应怎样进行？

答：

对于几个放在光具座上的光学元件，一般先粗调后细调将它们调至共轴等高。

⑴粗调

将光学元件依次放在光具座上，使它们靠拢，用眼睛观察各光学元件是否共轴等高。

可分别调整：

1）等高。

升降各光学元件支架，使各光学元件中心在同一高度。

2）共轴。

调整各光学元件支架底座的位移调节螺丝，使支架位于光具座中心轴线上，再调各光学元件表面与光具座轴线垂直。

⑵细调（根据光学规律调整）

利用二次成像法调节。

使屏与物之间的距离大于４倍焦距，且二者的位置固定。

移动透镜，使屏上先后出现清晰的大、小像，调节透镜或物，使透镜在屏上成的大、小像在同一条直线上，并且其中心重合。

⒊能用什么方法辨别出透镜的正负？

答：

方法一：

手持透镜观察一近处物体，放大者为凸透镜，缩小者为凹透镜。

方法二：

将透镜放入光具座上，对箭物能成像于屏上者为凸透镜，不能成像于屏上者为凹透镜。

⒋测凹透镜焦距的实验成像条件是什么？

两种测量方法的要领是什么？

答：

一是要光线近轴，这可通过在透镜前加一光阑档去边缘光线和调节共轴等高来实现；二是由于凹透镜为虚焦点，要测其焦距，必须借助凸透镜作为辅助透镜来实现。

物距像距法测凹透镜的要领是固定箭物，先放凸透镜于光路中，移动辅助凸透镜与光屏，使箭物在光屏上成缩小的像（不应太小）后固定凸透镜，记下像的坐标位置（P）；再放凹透镜于光路中，并移动光屏和凹透镜，成像后固定凹透镜（O2），并记下像的坐标位置（P´）；此时O2P＝u，O2P´＝v。

用自准法测凹透镜焦距的要领是固定箭物，取凸透镜与箭物间距略小于两倍凸透镜的焦距后固定凸透镜（O1），记下像的坐标位置（P）；再放凹透镜和平面镜于O1P之间，移动凹透镜，看到箭物平面上成清晰倒立实像时，记下凹透镜的坐标位置（O2），则有f2＝O2P。

⒌共轭法测凸透镜焦距时，二次成像的条件是什么？

有何优点？

答：

二次成像的条件是箭物与屏的距离D必须大于4倍凸透镜的焦距。

用这种方法测量焦距，避免了测量物距、像距时估计光心位置不准所带来的误差，在理论上比较准确。

6．如何用自准成像法调平行光？

其要领是什么？

答：

固定箭物和平面镜，移动箭物与平面镜之间的凸透镜，使其成清晰倒立实像于箭物平面上。

此时，箭物发出的光经凸透镜后为平行光。

其要领是箭物与平面镜间距要大于凸透镜焦距。

7．不同物距的物体经凸透镜成像时，像的清晰区大小是否相同？

答：

不相同。

原因有二：

一是不同区间的物其成像区间范围不相同，二是由于近轴光线条件不能满足，致使存在色像差。

8．用自准法测凸透镜焦距时，透镜光心偏离底座中心坐标时，应如何解决？

答：

由于透镜的光心不一定在底座刻线的平面内，所测结果可能偏大或偏小，要消除这一系统误差，可将透镜反转180°,再测量一次，然后取其平均值。

9．分析测焦距时存在误差的主要原因。

答：

①共轴等高调节不好；②成像清晰范围找得不准；③由于箭物所放位置不能测量或箭物倾斜没进行修正。

10．没有接收屏就看不到实像，这种说法正确吗？

答：

不正确。

对于透镜，只要在它成像的范围内，用眼睛对着光线都能看到实像。

11．本实验介绍的几种测量凸透镜的方法，哪一种方法比较好？

为什么？

答：

从道理上说位移法比较好，因为这种方法把焦距的测量归结于可以精确测量的量D和d的测量，避免了确定凸透镜光心位置不准带来的困难。

12．利用自准直法测凸透镜的焦距时，为什么会发现透镜能在两个不同位置，使1字孔屏上出现清晰的像？

答：

这是因为除了自准直法产生的哪个像外，凸透镜背对1字孔的那个凹面能象凹面反射镜那样成一个倒立的实像，只是这个像距比凸透镜的焦距小。

13．物距不同时，像的清晰范围是否相同？

答：

是不相同的。

按近轴光学的分析，物距越大，像的清晰范围越大。

14．在测凸透镜焦距时，可以用测得的多组u、v值，以u/v（即像的放大率）作纵轴，以u作横轴，画出实验图线。

试问这条实验图线具有什么形状?

怎样从这条图线求出焦距f?

答：

由焦距计算公式：

1/u+1/v=1/f整理后得：

u/v=u/f-1。

以u为横坐标，u/v为纵坐标作图为一直线，其斜率为1/f，进而可求得焦距。

15.在透镜焦距测定过程中，有时没有看到1字像，而看到灯丝的像，这是为什么？

答：

这是因为平行光没有完全调节好原因。

16．如何直接判断凸透镜和凹透镜？

答：

观察光线经过这两类透镜折射以后是否能会聚于一点。

用手拿着透镜观察桌面上的字，如相同的高度，字放大的这块是凸透镜，字缩小的这块是凹透鏡。

17．凸透镜、凹透镜的定义及性质？

答；中間厚邊緣薄的叫凸透鏡，中間薄边緣厚的叫凹透鏡。

凸透鏡會令光线聚焦，令影像放大。

凹透鏡会令光线发散開，令影像縮小。

18．测量凸透镜及凹透镜除书上的几种方法，还有其他方法吗？

答：

测量凸透镜及凹透镜除书上有成像公式法、位移法、自准直法、辅助透镜法和视差法。

19．公式法测凹透镜焦距时，凹透镜的位置如何放置？

答：

因为凹透镜不能成实象，所以要借助凸透镜来成象，凹透镜的位置应放在凸透镜第一次成象位置的后面、平面镜的前面。

20．公式法、位移法测透镜焦距时，加圆孔光阑时象如何变化，为什么？

答：

公式法、位移法测透镜焦距时，加圆孔光阑时象变得清晰。

主要是把杂光去掉，使远轴光线变成近轴光线。

21．测量透镜焦距，选择放大的像还是缩小的像比较准确，为什么？

答：

测量透镜焦距，选择缩小的像比较准确，容易观察它的清晰度。

如果在测凹透镜焦距时，如第一次就成一个大的象，然后再放上凹透镜，经发散象会更大，一象会不清晰，二会超出视场范围。

22．加圆孔光阑后，选择较远的像还是较近的像比较准确，为什么？

答：

加圆孔光阑后，选择较近的像比较准确，因为加上圆孔光阑后，光的能量会减少，如距离较远的话，由于光能的不足而影响象的清晰度。

23．自准直法则透镜焦距时，为什么不加圆孔光阑？

答：

自准直法则透镜焦距时，光经过平面镜反射路径长，光的能量要损耗，为了保证能量所以不加圆孔光阑。

24．如何测量凸透镜的曲率半径及折射率？

答：

用牛顿环放在读数显微镜上，测出它第K级的直径D，代入公式算出它的曲率半径及折射率。

25．测量时将透镜转过180°，测量结果如何？

为什么？

答：

测量时将透镜转过180°，测量结果是相同的，因为这是在同一个介质空气中。

26．如何调节光具座上光学仪器的共轴？

答：

（1）粗调：

用眼镜观察，使光具座上各元件等高，互相之间平行，中心在一条直线上。

（2）细调：

利用位移法进一步调节各元件的共轴，移动凸透镜使两次在白屏所成的一个放大的像和一个缩小的像的中心重合。

二、光具组基点的测定

1.为什么加上圆光阑时，象看起来清晰？

答：

把杂光去掉，主要使远轴光线变成近轴光线，象看就起来清晰。

三、分光计的调节及棱镜玻璃折射率的测定

1．分光计的读数装置为什么要有两个读数窗?

在测量角度时，读数应注意什么

答：

为了消除望远镜（即游标）和载物台（即度盘）得转动轴与中心轴不重和即偏心对测量的影响，在度盘一条直径的两端各安装一个游标，读数时，通过观察窗上部的放大镜观察刻度尺，分别对两个游标读数。

2．分光计的度尺根据游标原理刻成，在用分光计测量前是否需记下零读数（零差）?

为什么?

答：

在用分光计测量前不需要记下零读数（零差），因为用分光计测角度实际上是测定处于与度盘平面平行的平面内，且通过中心轴的两束平行光束的夹角。

3．为什么用平面镜调节分光计平台时，要调相互垂直二次？

答：

因为一条直线不能确定一个平面，两条相交直线才能确定一个平面。

所以要调相互垂直二次。

4．在测三棱镜最小偏向角时，有时无论哪个方向转都没有最小偏向角，这是为什么？

也可能转动三棱镜谱线（出射光线）没有动，这又是为什么？

答：

三棱镜的位置没有放好，光路没有调整好，三棱镜的磨砂面朝那个方向没定位正确，无论哪个方向转都没有最小偏向角。

5．测最小偏向角时，入射角、出射角关系如何？

入射光线、出射光线关系如何？

三棱镜中的光线方向如何？

答：

在测最小偏向角时，入射角和出射角相等，入射光线和出射光线在底边的两侧，并对称，三棱镜中的光线方向

6．阿贝折射率仪是根据什么原理制成的？

答：

阿贝折射率仪是根据全反射原理制成的。

它有两种工作方式，即透射式和反射式。

7．阿贝折射率仪是根据什么原理制成的？

答：

阿贝折射率仪是根据全反射原理制成的。

它有两种工作方式，即透射式和反射式。

4棱镜色散的研究

1．分光计实际调节的是哪三个面共面？

答：

（1）读数平面，

（2）观察平面，（3）待测光路平面。

2．如何调节望远镜调焦无穷远？

答：

（1）旋转望远镜目镜，使目镜中的十字叉丝清晰。

（2）找到反射回来的绿色叉丝象，拉伸目镜镜筒，使之清晰，并使叉丝与叉丝象无视差，然后固定目镜。

3．用平面镜调节为什么要放二个位置来调节？

答：

因为一条直线不能确定一个平面，两条相交直线才能确定一个平面。

所以要调相互垂直二次。

五、夫琅和费衍射的强度分布和观察

1.实验中为什么要找出中央明纹的位置？

本实验的最终目的是为了能做出光强度分布图，找出中央明纹的位置，使其极大值位于所测数据的中间位置，做出的图像才能够出现主极大和其两边的二级极大。

2.实验中为什么要保证中央明纹的光电流值不要偏小？

如果中央明纹的光电流值偏小，那么其他位置的光电流值将更小，自然光照射的光电流值给作图带来一定的麻烦，而且，做出的图效果也不好。

3．在单缝实验过程中，当缝宽b及缝到屏的间距d增大或减少时，条纹如何变化？

答：

b增大，条纹变密。

D增大，条纹变稀。

6菲涅耳衍射实验研究

7用双棱镜干涉测钠光波长

1．双棱镜干涉属什么方法的干涉，什么类型的干涉？

答：

双棱镜干涉属于双光束干涉，是分波阵面方法的干涉

2．如何测量波长差？

如何较准确测量？

答：

以钠灯为光源调节干涉仪看到等倾干涉条纹，移动M1镜，使视场中心的视见度最小，记录M1的位置为d1，沿原方向继续移动M1，直至视见度又为最小，M1的位置为d2，Δd=∣d2-d1∣,

3、双棱镜干涉实验中，单缝距双棱镜的间距是否影响干涉条纹？

答：

双棱镜干涉实验中，单缝距双棱镜的间距对干涉条纹会有影响。

八、用牛顿环测透镜曲率半径和用劈尖测厚度（直径）

1、为什么实验中有的学生算出的R20-10、R25-15、R30-20会有很大的差异？

（1）在数暗环时计数错误或计算中带错数据都可导致此结果。

（2）在转动读数显微镜副尺时，有正转、反转交叉转动的现象。

（3）目镜中的纵丝没有压到暗环的中央，而是与暗环内切或外切。

2、为什么实验中有的学生测出的R持续偏小？

（1）读数显微镜中看到的明暗相间的条纹不清晰。

（2）把中心的暗斑数做第一环。

3、牛顿环的各环是否等宽?

环的密度是否均匀?

如何解释?

答：

牛顿环的各环不等宽，中间宽边缘窄；环的密度也不均匀，中间密边缘稀。

这是由干涉公式决定。

4、用同样的实验方法，能否测定凹透镜的曲率半径?

答：

能测定凹透镜的曲率半径。

5、牛顿环干涉条纹畸变的可能原因有哪些?

答：

这是由于灰尘或凸透镜和平板玻璃不规则造成的。

6．在牛顿环实验中，如何正确测量圆环的直径？

答：

在牛顿环实验中，测量直径时级次K要取适当大,为了避免螺距误差,测量时显微镜要向一个方向移动,不能中途反向转动.在测量直径时,中心应是暗点,一边是内切,另一边应是外切.调节时应注意将显微镜镜筒先下降,然后缓慢上升,以免损坏牛顿环.

7．牛顿环的干涉