南昌大學薄透鏡焦距的測量實驗報告

1、僅供個人參考不得用于商業(yè)用途南昌大學物理實驗報告課程名稱：大學物理實驗實驗名稱： 透鏡焦距的測量學院：專業(yè)班級:學生姓名：學號:實驗地點：B609座位號： 9號實驗時間：第九周星期五下午十五時四十五分開始一、實驗目的：1）加深理解薄透鏡的成像規(guī)律2）學習簡單光路的分析和調(diào)節(jié)技術(shù)3）學習幾種測量透鏡焦距的方法二、實驗原理：1 測凸透鏡的焦距（1）自準直法如圖1所示，用屏上“1”字矢孔屏作為發(fā)光物。在凸透鏡的另一邊放置一平面反射鏡，光線通過 凸透鏡后經(jīng)平面反射鏡返回孔屏上。移動透鏡位置可以改變物距的大小，當物距正好是透鏡的焦距時，物上任意一點發(fā)出的光線經(jīng)透鏡折射后成為平行光，經(jīng)平面鏡反射后，再經(jīng)透

2、鏡折射回到矢孔屏上。 這時在矢孔屏上看到一個與原物大小相等的倒立實像。這時物屏到凸透鏡光心的距離即為此凸透鏡的 焦距。（2）物距像距法如圖2所示，用屏上“1”字矢孔作為發(fā)光物，經(jīng)過凸透鏡折射后成像在另一側(cè)的觀察屏上。在實 驗中測得物距u和像距v，則凸透鏡的焦距為用自準直法和物距像距法測凸透鏡焦距時，都必須考慮如何確定光心的位置。光線從各個方向通 過凸透鏡中的一點而不改變方向，這點就是該凸透鏡的光心。凸透鏡的光心一般與它的幾何中心不重 合，因而光心的位置不易確定，所以上述兩種方法用來測定凸透鏡焦距是不夠準確的，誤差約為 1.0%5.0%。圖1自準直法測焦距圖2物距像距法測焦距（3）共軛法測量凸透

3、鏡焦距如果物屏與像屏的距離b保持不變，且b4f,在物屏與像 屏間移動凸透鏡，可兩次成像當凸透鏡移至O處時,屏上得 到一個倒立放大實像,當凸透鏡移至Q處時,屏上得到一個倒 立縮小實像，由共軛關系結(jié)合焦距的高斯公式得：實驗中測得a和b,就可測出焦距f.光路如上圖所示：2凹透鏡焦距的測量原理利用虛物成實像求焦距:如圖4所示，先用凸透鏡Li使AB成實象AB，像A?Bi便可視為凹透鏡L2的物體（虛物）所在位置，然 后將凹透鏡L2放于Li和AiBi之間，如果OAvl f2 I，則通過Li的光束經(jīng)L2折射后，仍能形成一實象AB。物 距s?= 0沿，像距s?= O2A,代入公式（i），可得凹透鏡焦距。三、實驗

4、儀器：光具座，光源，透鏡架，i字矢孔屏，觀察屏，凸透鏡，凹透鏡，反光鏡四、實驗內(nèi)容和步驟：1. 光路調(diào)整由于應用薄透鏡成像公式時，需要滿足近軸光線條件，因此必須使各光學元件調(diào)節(jié)到同軸，并使 該軸與光具座的導軌平行，“共軸等高”調(diào)節(jié)分兩步完成：（1）目測粗調(diào)：把光源、物屏、透鏡和像屏依次裝好，先將它們靠攏，使各元件中心大致等高在 一條直線上，并使物屏、透鏡、像屏的平面互相平行。（2） 細調(diào)：利用共軛法調(diào)整，參看圖2,固定物屏和像屏的位置，使 D? 4f，在物屏與像屏間移 動凸透鏡，可得一大一小兩次成像。若兩個像的中心重合，即表示已經(jīng)共軸；若不重合，可先在小像 中心作一記號，調(diào)節(jié)透鏡的高度使大像的

5、中心與小像的中心重合。如此反復調(diào)節(jié)透鏡高度，使大像的中心趨向小像中心（大像追小像），直至完全重合。2. 凸透鏡焦距的測量由于實驗中要人為地判斷成像的清晰，考慮到人眼判斷成像清晰的誤差較大，常采用左右逼近測 讀法測定屏或透鏡的位置，即從左至右移動屏或透鏡，直至在物屏或像屏上看到清晰的像，這就是左 右逼近測讀法。（1）自準法如右圖,物屏上的箭矢AB經(jīng)凸透鏡Li后成虛像AB,圖中OFi=fi為Li的焦距.現(xiàn)將待測凹透鏡L2置于Li 與AB之間，此時,AB成為的L2虛物.若虛物AB正好在L2的焦平面上,則從L2出射的光將是平行光.若 在L2后面垂直光軸放置一個平面反射鏡，則最后必然在物屏上成實像B.此

6、時分別測出L2的位置及 虛物的位置，則就是待測凹透鏡的焦距f.4（2）用實物成實像法：參看圖2,將物屏、透鏡固定在導軌上，間距大于焦距（可利用自準法數(shù)據(jù)），利用左右逼近測 讀法，從左至右移動像屏找到清晰的圖像，再從右至左移動像屏，找到清晰的圖像，重復3次。記錄此時物屏、透鏡、像屏的位置，計算焦距。（3）固定物屏和像屏的位置，使D 4f （可利用自準法數(shù)據(jù)），采用左右逼近測讀法分別測定凸透 鏡在像屏上成一大一小兩次像的位置，重復 3次,計算焦距。3. 凹透鏡焦距的測量（虛物成實像法：）?安置好光源、物屏、凸透鏡和像屏，使像屏上形成縮小清晰的像，用左右逼近測讀法測定像屏的 位置，同時固定物屏和凸透

7、鏡。?在凸透鏡和像屏之間放入凹透鏡，移動像屏，直至像屏上出現(xiàn)清晰的像，用左右逼近測讀法測定 像屏的位置，并記錄凹透鏡的位置，重復 2次，計算凹透鏡的焦距。注意符號。五、實驗數(shù)據(jù)與處理：（一）凸透鏡1.自準法f=s=54.41cm-34.12cm=20.29cm物透鏡2.物象法物124.1224.12224.1224.12（1）200mm（2）40mm3.共軛法f 1=201f 2=201f1=52f2=52次數(shù)B1124.12224.122124.12224.12（1）40mmf1=53f2=5334.1254.41透鏡像50141.8655112.983152.93545.131.91mm1

8、.49mm.35mm.46mmO1O2B30.1968.947530.173.928052.3991.9112050.47103.42130.42mm.79mm(2) 200mmf i=198.98mmf 2=198.50mm(二)凹透鏡次數(shù)物A凸01凹02像A像A 1124.1270101.04105.39130224.1270100.78105.391402124.127096.11105.39140224.127097.66105.39120透鏡1f i=51.19mmf2=52.24mm透鏡2f i=117.68mmf 2=118.20mm六、思考題1. 用共軛法測凸透鏡焦距有什么優(yōu)點

9、？用共軛法測凸透鏡焦距不需要準確確定凸透鏡光心的位置，若使用公式法，由于光心的位置不確定,會造成物距和像距都測不準確，從而測出的焦距誤差很大而使用共軛法，只需要測量凸透鏡移動的 距離，光心的具體位置是無關緊要的。2. 共軛法測凸透鏡焦距時，二次成像的條件是什么？有何優(yōu)點？二次成像的條件是箭物與屏的距離 D必須大于4倍凸透鏡的焦距。用這種方法測量焦距，避免了測 量物距、像距時估計光心位置不準所帶來的誤差，在理論上比較準確。3. 測凹透鏡焦距的實驗成像條件是什么？兩種測量方法的要領是什么？?一是要光線近軸，這可通過在透鏡前加一光闌檔去邊緣光線和調(diào)節(jié)共軸等高來實現(xiàn)；二是由于凹透 鏡為虛焦點，要測其焦

10、距，必須借助凸透鏡作為輔助透鏡來實現(xiàn)。？物距像距法測凹透鏡的要領是固定箭物，先放凸透鏡于光路中，移動輔助凸透鏡與光屏，使箭物在光屏上成縮小的像（不應太?。┖蠊潭ㄍ雇哥R，記下像的坐標位置（P）;再放凹透鏡于光路中，并移動光屏和凹透鏡，成像后固定凹透鏡（02，并記下像的坐標位置（P）;此時02圧u，O2P = V。用自準法測凹透鏡焦距的要領是固定箭物，取凸透鏡與箭物間距略小于兩倍凸透鏡的焦距后固定凸 透鏡（01），記下像的坐標位置（P）;再放凹透鏡和平面鏡于 01P之間，移動凹透鏡，看到箭物平面 上成清晰倒立實像時，記下凹透鏡的坐標位置（02），則有f2 = 02P七、原始數(shù)據(jù)僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l e tude et la recherche uniquement a des fins perso