Tujuan
Menyiasat hubungan antara jarak objek u dan jarak imej v bagi kanta cembung dan menentukan jarak fokusnya.
Pemboleh ubah
- Dimanipulasi: Jarak objek, u
- Bergerak balas: Jarak imej, v
- Dimalarkan: Kanta cembung yang sama (jarak fokus yang sama)
Radas & bahan
- Kanta cembung
- Pemegang kanta
- Objek bercahaya (sumber cahaya dengan dawai silang atau anak panah)
- Skrin putih
- Pembaris meter (bangku optik)
Prosedur
- Anggarkan jarak fokus dengan memfokuskan objek jauh dengan tajam pada skrin dan mengukur jarak kanta ke skrin.
- Tetapkan objek bercahaya pada jarak objek u = 15.0 cm dari kanta (lebih besar daripada jarak fokus).
- Alihkan skrin sehingga imej tajam dan songsang terbentuk, kemudian ukur jarak imej v.
- Ulang untuk u = 20.0, 25.0, 30.0 dan 35.0 cm.
- Rekod u dan v, dan kira 1/u serta 1/v bagi setiap tetapan.
Menjadualkan keputusan
Rekod jarak objek u dan jarak imej v dalam cm, serta nilai terbitan 1/u dan 1/v dalam cm⁻¹. Kekalkan bilangan tempat perpuluhan yang konsisten.
Graf
Plot 1/v (paksi-y) melawan 1/u (paksi-x). Garis lurus memotong setiap paksi pada 1/f, jadi pintasan memberikan jarak fokus.
Analisis
Rumus kanta ialah 1/f = 1/u + 1/v. Pintasan graf 1/v melawan 1/u pada mana-mana paksi bersamaan 1/f, maka f = 1 ÷ pintasan.
Langkah berjaga-jaga
- Selaraskan pusat objek, kanta dan skrin pada ketinggian yang sama.
- Laraskan skrin untuk imej yang paling tajam sebelum mengukur.
- Ukur u dan v dari pusat kanta.
Cahaya dan Optik · Kemahiran graf
Contoh keputusan dan maksudnya
Ini bacaan contoh bagi kanta cembung, dengan jarak objek u dan jarak imej v diukur pada bangku optik, dan salingannya dikira.
- u = 15.0 cm, v = 30.0 cm, 1/u = 0.0667 cm⁻¹, 1/v = 0.0333 cm⁻¹
- u = 20.0 cm, v = 20.0 cm, 1/u = 0.0500 cm⁻¹, 1/v = 0.0500 cm⁻¹
- u = 25.0 cm, v = 16.7 cm, 1/u = 0.0400 cm⁻¹, 1/v = 0.0599 cm⁻¹
- u = 30.0 cm, v = 15.0 cm, 1/u = 0.0333 cm⁻¹, 1/v = 0.0667 cm⁻¹
- u = 35.0 cm, v = 14.0 cm, 1/u = 0.0286 cm⁻¹, 1/v = 0.0714 cm⁻¹
Apabila objek dialihkan lebih jauh dari kanta, imej tajam terbentuk lebih dekat dengan kanta, jadi v menurun apabila u meningkat. Setiap imej nyata dan songsang kerana objek sentiasa melebihi jarak fokus.
Menambah 1/u dan 1/v bagi mana-mana baris memberi jumlah yang sama, hampir 0.100 cm⁻¹, iaitu 1/f. Jumlah malar itulah mesej eksperimen dan menunjuk terus kepada jarak fokus kanta.
Membaca graf dan mencari jawapan
Plot 1/v pada paksi-y melawan 1/u pada paksi-x. Titik-titik terletak pada garis lurus yang mencerun ke bawah, dan garis memotong kedua-dua paksi pada nilai yang sama, 1/f.
Baca pintasan-y di mana garis penyuaian terbaik bertemu paksi 1/u = 0; di sini ia 0.100 cm⁻¹. Kemudian:
- f = 1 ÷ pintasan = 1 ÷ 0.100 cm⁻¹ = 10.0 cm
Anda boleh menyemak dengan pintasan-x, yang juga sepatutnya 0.100 cm⁻¹, dan segi tiga besar pada garis memberi kecerunan kira-kira −1, seperti dijangka bagi 1/v = 1/f − 1/u. Maka jarak fokus kanta ialah 10.0 cm.
Ambil pintasan dari garis yang dilukis, bukan satu titik. Kertas SPM Fizik 4531 tidak memberi helaian rumus, jadi ingat rumus kanta 1/f = 1/u + 1/v sendiri.
Pilih skala paksi yang menyebarkan titik yang diplot melebihi separuh grid, dan lukis garis penyuaian terbaik supaya titik seimbang di kedua-dua belahnya. Jika satu titik jelas tersasar dari garis, anggap ia bacaan terpencil, bulatkannya, dan tinggalkannya semasa melukis garis dan mengambil kecerunan.
Markah yang dicari pemeriksa
Langkah berjaga-jaga yang mengekalkan ketepatan u dan v:
- Selaraskan pusat objek bercahaya, kanta dan skrin pada ketinggian yang sama.
- Laraskan skrin untuk imej paling tajam sebelum membaca setiap v.
- Ukur u dan v dari pusat kanta di sepanjang bangku.
- Bekerja di bilik yang gelap supaya imej mudah difokuskan.
Bagi kemahiran proses sains Kertas 3, pemeriksa memberi markah untuk: menamakan pemboleh ubah dimanipulasi (u), bergerak balas (v) dan dimalarkan (kanta yang sama); menjadualkan u, v, 1/u dan 1/v dengan unit dan perpuluhan konsisten; memplot sekurang-kurangnya lima titik dengan paksi berlabel dan garis lurus penyuaian terbaik; dan membaca pintasan dengan teliti untuk mencari f. Nyatakan hubungan, bahawa 1/v menurun apabila 1/u meningkat, dan petik jarak fokus berserta unit sebagai kesimpulan.
Ulang setiap bacaan dan ambil purata untuk mengurangkan ralat rawak, dan nyatakan jawapan akhir pada bilangan angka bererti yang munasabah dengan unit yang betul. Dalam perbincangan, namakan satu punca ralat berserta penambahbaikan yang sepadan, dan catat bahawa mana-mana titik tersasar diabaikan supaya kesimpulan bersandar pada data yang konsisten.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)