山西大學(xué)物理仿真實驗報告單透鏡物理實驗

單透鏡物理實驗班級：201*姓名：***日期：2014-6-4地點：理科樓【實驗?zāi)康摹浚簩W(xué)會常用的測量薄透鏡的方法。加深對物象關(guān)系和成像公式的理解。學(xué)會用直角坐標(biāo)系方法討論薄透鏡的成像問題。學(xué)會和掌握共軸光具組的調(diào)節(jié)?！緦嶒炘怼勘⊥哥R是指其厚度比兩球面的曲率半徑小得多的透鏡。透鏡分為兩大類：一類是凸透鏡（也稱為正透鏡或會聚透鏡），對光線起會聚作用。焦距越短，會聚本領(lǐng)越大。另一類是凹透鏡（也稱負(fù)透鏡或發(fā)散透鏡），對光線起發(fā)散作用。焦距越短，發(fā)散本領(lǐng)越大。 在近軸光束（靠近光軸并且與光軸的家教很小的光線）的條件下，薄透鏡（包括凸、凹透鏡）的成像公式為：…………（1） 式中：為物距；為像距；為焦距。它的正、負(fù)規(guī)定為：實物、實像時，、為正；虛物、虛像時，為正，為負(fù)；凸透鏡為正，凹透鏡為負(fù)。利用上式測定焦距，可以有幾種方法，除了本實驗中的方法以外，還可用焦距儀測量。 利用上式時必須滿足：薄透鏡；近軸光線。實驗中常采取的措施是：在透鏡前加一光闌以去邊緣光線；調(diào)節(jié)各元件使之共軸。 一般透鏡中心厚度有幾毫米，也會給測量帶來一定的誤差。當(dāng)不考慮透鏡厚度時，會有百分之幾的誤差，這是允許的。 1.凸透鏡焦距的測量方法 （1）物距像距法 由實驗分別測出物距及像距，利用（1）式，求出焦距：……（2） （2）自準(zhǔn)法 從（1）式可知，當(dāng)像距時，，即當(dāng)物體上各點發(fā)出的光經(jīng)透鏡后，變?yōu)椴煌较虻钠叫泄鈺r，物距即為透鏡的焦距。該方法利用實驗裝置本身產(chǎn)生平行光，故為自準(zhǔn)法，見下圖。（3）位移法當(dāng)物AB與像屏的間距時，透鏡在D間移動可在屏上兩次成像，如下圖所示，一次成放大的像，另一次成縮小的像。由公式（1）與圖中的幾何關(guān)系可得：……（3）……（4）由上兩式右邊相等得：……（5）將（5）式代入（3）式得：……（6）式中：為物與像屏的間距；為透鏡移動的距離。 2.凹透鏡焦距的測量方法 因?qū)嵨锝?jīng)凹透鏡后，不能在屏上生成實像，故測其焦距時總要借助一個凸透鏡，使凸透鏡給凹透鏡生成一個虛像，最后再由凹透鏡生成一個實像。 （1）物距像距法如下圖所示，在沒有凹透鏡時，物AB經(jīng)凸透鏡后將成實像于，在和間插入凹透鏡后，便稱為了的物，但不是實物，而為虛物。對而言，物距。該虛物由凹透鏡再成實像于，像距。由透鏡成像公式（1）得：注意到這時，，故必有。（2）自準(zhǔn)法凸透鏡成像于，在與之間插入凹透鏡及平面反射鏡。移動，當(dāng)位于的第一焦點時，則發(fā)出的是平行光，根據(jù)光路可逆原理，最后必定在點形成一個與原物等高、倒立的實像。這時：【實驗內(nèi)容】1.光學(xué)系統(tǒng)的共軸調(diào)節(jié) 共軸調(diào)節(jié)是光學(xué)測量的先決條件，也是減少誤差、確保實驗成功的重要步驟。所謂“共軸”，是指各光學(xué)元件（如光源、物、透鏡等）的主光軸重合。由于在光具光具座上進(jìn)行，所以須使光軸平行于光具座導(dǎo)軌的刻度線。具體調(diào)節(jié)分兩步進(jìn)行：粗調(diào)。將安置于光具座上的各光學(xué)元件靠攏在一起，用眼觀察，并調(diào)節(jié)它們的中心使它們處在同一高度，且連線（光軸）平行于導(dǎo)軌。細(xì)調(diào)。將各光學(xué)元件按實驗要求移開，利用透鏡成像規(guī)律進(jìn)一步調(diào)整，移動透鏡及屏?xí)r，將大小不同的像生成在不同的位置。若這些大小不等的像的中心在屏上的位置重合，則說明系統(tǒng)已共軸；若在移動透鏡的過程中，像的中心位置不重合，則應(yīng)調(diào)節(jié)透鏡的高低或左右位置。 2.測凸透鏡的焦距用物距像距法測3次，每次測量應(yīng)改變物距，分別代入公式（2）求，將結(jié)果表示成。用自準(zhǔn)法測3次求平均值，結(jié)果以表示。注意：在用自準(zhǔn)法測凸透鏡焦距時，可發(fā)現(xiàn)不用反射鏡，透鏡本身也會產(chǎn)生反射像，在實驗中應(yīng)加以鑒別。用位移法測3次。在同一值下測3次，以公式（6）分別算出，并將結(jié)果表示成。 3.測凹透鏡的焦距以物距像距法測3次，每次改變物距，測像距，分別代入公式（2）求，結(jié)果以表示。用自準(zhǔn)法測3次，將結(jié)果以表示。注意：在測量凹透鏡的焦距時，測得的數(shù)據(jù)誤差往往較大，原因主要有4個方面：共軸沒有調(diào)節(jié)好；選凸透鏡成的小像作為物；選擇物距值沒有盡可能的大；沒有認(rèn)真判斷像的清晰位置。【數(shù)據(jù)處理】凸透鏡平面反射鏡法凸透鏡位移法凹透鏡望遠(yuǎn)鏡法凹透鏡物像公式法f1/mm185.0174.7A/mm1119.0-232.2-209.6V/mm-133.5L/mm648.5U/mm367.8f2/mm188.0166.6A/mm920.0-233.5-200.8V/mm-143.7L/mm483.0U/mm267.5f3/mm186.0193.0A/mm868.9-233.0-211.6V/mm-88.2L/mm321.3U/mm146.5f￣/mm186.7178.1-232.9-207.3△f/mm1.290.54f/mm186.7±1.2178±9-232.9±0.5-207±4【實驗結(jié)論】實