薄透镜焦距测量试验

实用标准文案 薄透镜焦距测量 【实验目的】【实验目的】 1.1. 学习光学仪器的使用和维护规则，学习光学仪器的使用和维护规则， 学会调节光学系统使之等高共学会调节光学系统使之等高共 轴。轴。 2.2. 掌握测量薄会聚透镜和发散透镜焦距的方法。掌握测量薄会聚透镜和发散透镜焦距的方法。 3.3. 观察透镜成像，并从感性上了解透镜成像公式的近似性。观察透镜成像，并从感性上了解透镜成像公式的近似性。 【实验仪器】【实验仪器】 光具座，底座及支架，薄凸透镜，薄凹透镜，平面镜，物屏（有透光具座，底座及支架，薄凸透镜，薄凹透镜，平面镜，物屏（有透 光箭头的铁皮屏），像屏（白色，有散光的作用）。光箭头的铁皮屏），像屏（白色，有散光的作用）。 【实验原理】【实验原理】 透镜是光学仪器中最基本的元件，焦距是反映透镜特性的重要物理 量。为了正确使用光学仪器，必须掌握透镜成像规律，学会光路调节技 术和焦距测量方法。 1.1.自准直法测量凸透镜焦距自准直法测量凸透镜焦距 如图 1-1 和图 1-2 所示，当物 P 在焦点处或焦平面上时，经透镜L 后光是平行光束，经平面镜反射再经透镜后成像于原物P 处。因此，P 点到透镜 L 中心点的距离就是透镜的焦距f。 精彩文档 实用标准文案 图图 1-11-1：自准直法测量焦距原理图：自准直法测量焦距原理图 1 1 当实物（具体实验中为狭缝光源）刚好在凸透镜焦点时，会在实物 处呈现倒立等大的实像。实物和凸透镜之间的距离即是焦距的值。 图图 1-21-2：自准直法测量焦距原理图：自准直法测量焦距原理图 2 2 光的可逆性原理：当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。 这个方法是利用调节实验装置本身， 使之产生平行光以达到调焦的目的， 所以称自准直法。 2.2.物距与像距法测量凸透镜焦距物距与像距法测量凸透镜焦距 精彩文档 实用标准文案 由于对实物，凸透镜可成实像，所以直接测量凸透镜的物距u、像 距 v，就可以用高斯公式（高斯公式的普遍形式： 透镜的焦距 ，如图 2-1 所示。 ），求出凸 图图 2-12-1：物距与像距法测量焦距原理图：物距与像距法测量焦距原理图 3.3.共轭法（二次成像法）测量凸透镜焦距共轭法（二次成像法）测量凸透镜焦距 如图 3-1，取物体与像屏之间的距离 L 大于 4 倍凸透镜焦距 f，即 L4f， 并保持 L 不变。 沿光轴方向移动透镜， 则在像屏上必能两次成像。 图图 3-13-1：二次成像法测量焦距原理图：二次成像法测量焦距原理图 精彩文档 实用标准文案 当透镜在位置I时屏上将出现一个放大清晰的像 （设此物距为 u， 像距为 v）；当透镜在位置II时，屏上又将出现一个缩小清晰的像 （设此物距为 u′，像距为 v′），设透镜在两次成像时位置之间的距 离为C，根据透镜成像公式，可得 u= v′，u′=v 又从图 3-1 可以看 出 上式称为透镜成像的贝塞尔公式。 可知， 只要测出了L和C的 值，就可求得f。此方法避免了测量物距和像距时由于估计透镜光心 的位置不准所带来的误差(因透镜的光心不一定与它的对称中心重合)， 所以这种方法测焦距f ，既简便，准确度又较高。 4.4.辅助透镜法测量凹透镜焦距辅助透镜法测量凹透镜焦距 由于对实物，凹透镜成虚像，所以直接测量凹透镜的物距、像距， 难以两全。 我们只能借助与凸透镜成一个倒立的实像作为凹透镜的虚物， 虚物的位置可以测出。 精彩文档 实用标准文案 图图 4-14-1 凹透镜能对虚物成实像，实像的位置可以测出。于是，就可以用高 斯公式求出凹透镜的焦距 ，如图 4-1 所示。 【实验内容】【实验内容】 一、清点实验仪器和用具一、清点实验仪器和用具 二、测量二、测量 1.1. 自准直法测量凸透镜焦距自准直法测量凸透镜焦距 ①如上图，放置光源、狭缝光源（物屏）、凸透镜和平面镜。物 屏面、凸透镜主截面和平面镜要和光具座垂直。 ②目测光源所发出的光是否从物屏上的狭缝透出，且照射到了凸 透镜上。否则调节光源、或调节物屏、或调节凸透镜。 精彩文档 实用标准文案 ③在光具座上，左右移动凸透镜，使物屏上产生一个倒立清晰等倒立清晰等 大的实像大的实像。当共轴很好时，狭缝和实像大部分重合，但这样很难观察到 实像，所以稍微转动一下平面镜（一个非常微小的角度），让实像呈现 在狭缝旁边。 ④用书或者不透光的纸片遮住平面镜，该倒立清晰的实像应该消 失。此时记录原始数据：物屏位置和凸透镜位置。 ⑤保持物屏不变，重复 3、4 步四次，将数据填入表格 1-1。 2.2. 物距与像距法（公式成像法）测凸透镜焦距物距与像距法（公式成像法）测凸透镜焦距 ①调节光学元件共轴 ⅰ 粗调：观察各光学元件的中心是否在同一高度， 否则调 之。 ⅱ细调： 让物屏和白屏之间的距离大于4 倍凸透镜焦距， 左右移动凸透镜， 会在白屏上呈现两次清晰的实像， 一次为放大的实像， 一次为缩小的实像。如果两次实像的中心位置重合，说明各光学元件共 轴。否则，如果大像中心在小像中心下方，凸透镜的高度需升高或者物 精彩文档 实用标准文案 屏的高度降低；反之，凸透镜的高度需降低或者物屏的高度升高；左右 亦然。 ②如上图摆放光学器件，调节凸透镜和白屏位置，在白屏上得到 倒立、清晰、约等大的实像（严格等大的实像要求过于苛刻：物距和像 距均为 2 倍焦距）。此时记录原始数据：物屏、凸透镜、白屏的位置。 ③重复步骤 2 四次，将数据记录入表格 2-1。 3.3. 共轭法（二次成像法）测凸透镜焦距共轭法（二次成像法）测凸透镜焦距 ①如上图摆放光学元件，物屏和白屏之间的距离略大于凸透镜4 倍焦距。 ②保持物屏和白屏不动，左右调节凸透镜的位置，会在白屏上得 到两次清晰的实像，一次为放大的实像，一次为缩小的实像。此时记录 原始数据：物屏、成大像时凸透镜、成小像时凸透镜的位置。 ③保持物屏和白屏位置不变，重复步骤2 四次，记录相应数据到 表格 3-1。 精彩文档 实用标准文案 4.4. 辅助透镜法测凹透镜焦距辅助透镜法测凹透镜焦距 ①如上图摆放光学元件，调节凸透镜和白屏的位置，在白屏中央 呈现一个倒立、清晰、约等大的实像。此时记录原始数据：物屏位置、 凸透镜位置、白屏位置；分别填入表格中物屏、凸透镜、白屏白屏 1(1(虚物虚物) ) 对应的表格 4-1。 ②上一步读完数据之后，凸透镜和物屏的位置一定不能移动！上一步读完数据之后，凸透镜和物屏的位置一定不能移动！ 将白屏移至光具座最右端，把凹透镜放在凸透镜和白屏之间，调节 凹透镜高度，使得和凸透镜等高。左右移动凹透镜，在白屏上产生一个 倒立、清晰、巨大的实像。此时记录原始数据：凹透镜的位置、白屏的 位置；分别填入表格 4-1 中，凹透镜和“白屏白屏 2 2”的位置。 ③保持凸透镜和物屏的位置不变，稍微改变白屏的位置，再移动 凹透镜使得像变得更清晰， 记录原始数据： 凹透镜的位置、 白屏的位置； 分别填入表格中凹透镜和“白屏 2”的位置。重复此步骤 4 次，记入表 格 4-1。 表格表格 1-11-1：自准直法测量凸透镜焦距：自准直法测量凸透镜焦距 精彩文档 实用标准文案 焦距焦距 f = | f = | 物屏位置物屏位置- -凸透镜位置凸透镜位置| | 表