實(shí)驗(yàn)二光具組基點(diǎn)的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)二光具組基點(diǎn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解測(cè)節(jié)器的構(gòu)造及工作原理2. 加強(qiáng)對(duì)光具組基點(diǎn)的認(rèn)識(shí)3. 學(xué)習(xí)測(cè)定光具組基點(diǎn)和焦距的方法。實(shí)驗(yàn)原理1.用測(cè)節(jié)器測(cè)定光具組的基點(diǎn)設(shè)有一束平行光入射于由兩片薄透鏡組成的光具組，光具組與平行光束共軸，光線通過光具組后，會(huì)聚于白屏上的Q點(diǎn)，如圖5-41所示，此Q點(diǎn)為光具組的像萬焦點(diǎn)F。若以垂直于平行光的某一方向?yàn)檩S，將光具組轉(zhuǎn)動(dòng)一小角度，可有如下兩種情況(1) 回轉(zhuǎn)軸恰好通過光具組的第二節(jié)點(diǎn)N.-.因?yàn)槿肷涞谝还?jié)點(diǎn)N的光線必從第二節(jié)點(diǎn)N射出，而且出射光平行于入射光?，F(xiàn)在N未動(dòng)，入射角光束方向未變，所以通過光具組的光束，仍然會(huì)聚于焦平面上的Q點(diǎn)，如圖5一42(a)所

2、示。但是，這時(shí)光具組的像方焦點(diǎn)F已離開Q點(diǎn)，嚴(yán)格地講，回轉(zhuǎn)后像的清晰度稍差。(2) 回轉(zhuǎn)軸未通過光具組的第二節(jié)點(diǎn)N.-.由于第二節(jié)點(diǎn)N未在回轉(zhuǎn)軸上，所以光具組轉(zhuǎn)動(dòng)后，N出現(xiàn)移動(dòng)，但由N的出射光.仍然平行于入射光，所以由N出射的光線和前一情況相比將出現(xiàn)平移，光束的會(huì)聚點(diǎn)將從Q移到Q，如圖5-4-2(b)所示。圖543測(cè)節(jié)器是一個(gè)可繞鉛直軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)的水平滑槽R，待測(cè)基點(diǎn)的光具組LS(由薄透鏡組成的共軸系統(tǒng))放置在滑槽上，位置可調(diào)，并由槽上的刻度尺指示Ls的位置如圖543所小。測(cè)重時(shí)輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)一點(diǎn)滑槽，觀祭白屏P上的像是否移動(dòng)，參照上述分析判斷N是否位于OO軸上，如果N未在OO軸上，就調(diào)整LS在槽中

3、位置，直至N在OO軸上，則從軸的位置可求出N對(duì)ls的位置。2.用牛頓公式測(cè)量光具組基點(diǎn)牛頓公式XX=ff(f=-f)(541).式中X為從物方焦點(diǎn)量起的物方焦點(diǎn)到物的距離，X為從像方焦點(diǎn)量起的像方焦點(diǎn)到像的距離。物方焦距f和像方焦距f分別是從第一和第二主面量到物方焦點(diǎn)和像方焦點(diǎn)的距離。實(shí)驗(yàn)儀器光具座，測(cè)節(jié)器，薄透鏡(幾片)，物屏，光源，準(zhǔn)直透鏡(焦距大一些)，平面反射鏡，光具組，尖頭棒，T形輔助棒，白屏。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.用測(cè)節(jié)器測(cè)定光具組的基點(diǎn)_(1) 測(cè)量透鏡和L2的焦距fi、f2(L1、L2為組成光具組的二薄透鏡)。、(2) 將Li和L2按d(fi+f2)組成光具組置于測(cè)節(jié)器的滑槽上。.(3)

4、按圖5-43所小，將光源S、物屏P、準(zhǔn)直物鏡L、測(cè)節(jié)器R及白屏P置于光具座上時(shí)，調(diào)節(jié)其共軸。(4)用自準(zhǔn)方法調(diào)節(jié)物屏P位于準(zhǔn)直物鏡L的物方焦面上，調(diào)好后P和L的位置均不要再移動(dòng)。,一、(5) 照晃物屏P,移動(dòng)白屏P得到清晰的像，輕輕少許轉(zhuǎn)動(dòng)滑槽，從像的移動(dòng)判斷n的位置，逐漸移動(dòng)光具組Ls，直至其第二節(jié)點(diǎn)N在轉(zhuǎn)軸OO上為止。(可用放大鏡觀察像)。記錄OO軸和焦點(diǎn)F相對(duì)于L2的位置，重復(fù)幾次。-.-(6) 將光具組轉(zhuǎn)180度，此時(shí)原來的節(jié)點(diǎn)N成為N,同上進(jìn)行測(cè)量。(7) 繪圖表示光具組主面及焦點(diǎn)的位置，計(jì)算焦距f之值。(8)取dA(fi*f2),重復(fù)上述步驟34次。.用牛頓公式測(cè)定光具組基點(diǎn)(1)

5、測(cè)量?jī)赏雇哥R的焦距f1和f2。光具組按圖5-44所示布置儀器，取dL及df2組成光具組，調(diào)節(jié)其共軸。利用尖頭棒P和平面鏡M,依據(jù)自準(zhǔn)直法確定光具組焦點(diǎn)F的位置，用T形輔助棒測(cè)出光具組最外側(cè)鏡面A到F的距離I。(2) 將光具組轉(zhuǎn)180度，測(cè)量光具組B面前焦點(diǎn)F，的位置l/(即BF，的平均值)。將尖頭棒置于物方焦點(diǎn)的外側(cè)，另一尖頭棒Q置于像方焦點(diǎn)F，的外側(cè)，照亮P棒，用視差法使Q棒和P的像對(duì)準(zhǔn)，用T形棒測(cè)出PA、BQ的距離lp及Lq,則有x=lp_i,X，=lQ-l/,代入(541)式中，求出焦距fl和f2(要考慮x、x的符號(hào))。(3) 求主面相對(duì)于A、B面的位置，并繪出光具組及主面的位置。思考題

6、1 .第一主面靠近第一個(gè)透鏡，第二個(gè)主面靠近第二個(gè)透鏡，在什么條件下才是對(duì)的？(光具組由二薄透鏡組成)。2 .由一凸透鏡和一凹透鏡組成的光具組，如何測(cè)量其基點(diǎn)(距離d可自己設(shè)定)？補(bǔ)充材料光學(xué)儀器中常用的光學(xué)系統(tǒng)，一般都由單透鏡或膠合透鏡等球面系統(tǒng)共軸構(gòu)成的。對(duì)于薄透鏡組合成的共軸球面系統(tǒng)，其物和像的位置可由高斯公式確定。高斯公式中f/為系統(tǒng)的像方的焦距，u為物距，v為像距。物距是從第一主面到物的距離，像距是從第二主面到像的距離，系統(tǒng)的像方焦距是從第二主面到像方焦點(diǎn)的距離。各量的符號(hào)從各相應(yīng)主面，沿光線進(jìn)行方向測(cè)量為正，反向?yàn)樨?fù)(見實(shí)驗(yàn)一中有關(guān)內(nèi)容)。但共軸球面系統(tǒng)中物和像的位置，可由(54-

7、1)式的牛頓公式表示，其各物理量見本實(shí)驗(yàn)原理中所述。2.共軸球面系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面(1)主面和主點(diǎn)若將物體垂直于系統(tǒng)的光軸，放置在第一主點(diǎn)H處，則必成一個(gè)與物體同樣大小的正立的像于第二主點(diǎn)H/處，即主點(diǎn)是橫向放大率。=+1的一對(duì)共軸點(diǎn)。過主點(diǎn)垂直于光軸的平面，分別稱為第一和第二主面，如圖545中的MH和M,HL(2)節(jié)點(diǎn)和節(jié)面節(jié)點(diǎn)是角放大率丫=+1的一對(duì)共軸點(diǎn)。入射光線(或其延長(zhǎng)線)通過第一節(jié)點(diǎn)N時(shí)，出F，垂直于主軸的平面稱為像方焦面。第射光線(或其延長(zhǎng)線)必通過第二節(jié)點(diǎn)N/,并于N的入射光線平行(如圖54-5)。過節(jié)點(diǎn)垂直于主光軸的平面分別稱為第一和第二節(jié)面。當(dāng)共軸球面系統(tǒng)處于同一媒質(zhì)時(shí)，兩主點(diǎn)分別與兩節(jié)點(diǎn)重合。(3)焦點(diǎn)、焦面平行于系統(tǒng)主軸的平行光束，經(jīng)系統(tǒng)折射后與主軸的交點(diǎn)F，稱為像方焦點(diǎn)；過二主點(diǎn)H，到像方焦點(diǎn)F，的距離，稱為系統(tǒng)的像方焦距V。此外，還有物方焦點(diǎn)F及焦面和焦距f。綜上所述，薄透鏡的兩主點(diǎn)與透鏡的光心重合，而共軸球面系統(tǒng)兩主點(diǎn)的位置，將隨各組合透鏡或折射面的焦距和系統(tǒng)的空間特性而異。下面以兩個(gè)薄透鏡組合為例進(jìn)行討論。設(shè)兩薄透鏡的像方焦距分別為&/和f2/,兩透鏡之間距離為d，則透鏡組的像方焦距f可由下式求出fflf2f（fi+f