試驗(yàn)二十七透鏡組基點(diǎn)的測(cè)量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)二十七 透鏡組基點(diǎn)的測(cè)量一 實(shí) 驗(yàn) 目 的 1.加強(qiáng)對(duì)光具組基點(diǎn)的認(rèn)識(shí); 2.學(xué)習(xí)測(cè)定光具組基點(diǎn)和焦距的方法.二 儀 器 和 用 具光具座,測(cè)節(jié)器,薄透鏡（幾片）,物屏,白屏,光源,準(zhǔn)直透鏡（焦距大一些）,平面反射鏡.三 實(shí) 驗(yàn) 原 理光學(xué)儀器中常用的光學(xué)系統(tǒng),一般都是由單透鏡或膠合透鏡等球面系統(tǒng)共軸構(gòu)成的.對(duì)于由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： （1）確定.式中f為系統(tǒng) 的像方焦距,p為像距,p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像方焦點(diǎn)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)

2、量為正,反向?yàn)樨?fù).共軸球面系統(tǒng)的物和像的位置,還可由牛頓公式表示： （2）即式中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、第二主面量到物方焦點(diǎn)和像方焦點(diǎn)的距離.符號(hào)規(guī)定同上.共軸球面系統(tǒng)的基點(diǎn)、基面具有如下的特性:1 主點(diǎn)和主面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像于第二主點(diǎn)H處,即主點(diǎn)是橫向放大率的一對(duì)共軛點(diǎn).過(guò)主點(diǎn)垂直于光軸的平面,分別稱為第一、第二主面.2 節(jié)點(diǎn)和節(jié)面圖1節(jié)點(diǎn)是角放大率的一共軛點(diǎn).入射光線（或其延長(zhǎng)線）通過(guò)第一節(jié)點(diǎn)N時(shí),出射光線（或其延長(zhǎng)線）必通過(guò)第二節(jié)點(diǎn)N,并

3、與N的入射光線平行.過(guò)節(jié)點(diǎn)垂直于光軸的平面分別稱為第一、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)和焦面平行于系統(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(guò)F垂直于主軸的面稱為像方焦面.第二主點(diǎn)H到像方焦點(diǎn)F的距離,稱為系統(tǒng)的像方焦距f.此外,還有物方焦點(diǎn)F、焦面和焦距f.顯然,薄透鏡的兩主戰(zhàn)火 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)薄透鏡的組合為例進(jìn)行討論.設(shè)兩薄透鏡的像方焦距分別為f1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: （3）兩點(diǎn)間位置 ， （4）

4、計(jì)算時(shí)注意L是從第二透鏡光心量起,L是從第一透鏡光心量起.（問(wèn):試證明,對(duì)于二凸透鏡組成的光具組,當(dāng)d<f1+f2時(shí),/l/+/l/>d;分析此種情況下,第一、第二主面可能的位置.）圖2 4 用測(cè)節(jié)器測(cè)定光具組基點(diǎn)的原理設(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(guò)光線通過(guò)光具組后,會(huì)聚于白屏上的Q點(diǎn)（圖2）,此Q點(diǎn)即光具組的像方焦點(diǎn)F. 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: 4.1 回轉(zhuǎn)軸恰好通過(guò)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,現(xiàn)在N未動(dòng),入射光方向未變,所以通

5、過(guò)光具組的光束,仍然會(huì)聚于焦平面上的Q點(diǎn)（圖3）,但是這時(shí)光具組的像方焦點(diǎn)F已離開(kāi)Q點(diǎn).嚴(yán)格講,回轉(zhuǎn)后像的清晰度稍差.4.2 回轉(zhuǎn)軸未通過(guò)光具組的第二節(jié)點(diǎn)N圖3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（圖4）.（問(wèn):分析Q相對(duì)Q的移動(dòng)方向和遠(yuǎn)近,能判斷N在回轉(zhuǎn)軸O的哪個(gè)方位嗎?）圖4測(cè)節(jié)器是一可繞鉛直軸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)）可放置在滑槽上,位置可調(diào),并由槽上的刻度尺指示Ls的位置（圖5）.測(cè)量時(shí)輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)一點(diǎn)滑槽,觀察白屏P上的像是否移

6、動(dòng),參照上述分析去判斷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.四 實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容1.測(cè)量透鏡L1和L2的焦距f1、f2（L1、L2為組成光具組的二薄透鏡）.2.將L1和L2按d<（f1 +f2）組合成光具組置于測(cè)節(jié)器的滑槽上. 3.按圖5,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,調(diào)節(jié)共軸.4.用自準(zhǔn)直方法調(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均不要移動(dòng).圖55.照亮物屏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)180o,此時(shí)原來(lái)的節(jié)點(diǎn)N成為N,同上測(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d>（f1+f2）,重復(fù)上述57的內(nèi)容.五 復(fù)