實(shí)驗(yàn)1 薄透鏡焦距的測(cè)定

[實(shí)驗(yàn)一]薄透鏡焦距測(cè)定[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯1．掌握薄透鏡焦距測(cè)量方法；2．學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)使之共軸。[實(shí)驗(yàn)儀器]光具座（編號(hào)：）照明燈及電源（編號(hào)：）透鏡、光屏等[實(shí)驗(yàn)原理]如圖1－1所示，設(shè)薄透鏡的象方焦距為f,物距為s，對(duì)應(yīng)的象距為s,則透鏡成像的高斯公式為：－＝（1－1）圖1圖1—2圖1圖1—1一、測(cè)量薄透鏡焦距可以利用以下幾種方法1．粗測(cè)法當(dāng)物距趨向無(wú)窮大時(shí)，利用（1－1）式可得s＝f，即無(wú)窮遠(yuǎn)的物體經(jīng)薄透鏡成像后，象平面重合在透鏡的焦平面上，這種方法的測(cè)量誤差約在10％左右，多用作粗略估計(jì)，如挑選透鏡等場(chǎng)合。2．自準(zhǔn)直法如圖1－2所示，在待測(cè)透鏡的一側(cè)放置被光源照明的物屏AB，在另一側(cè)適當(dāng)位置放置一張平面鏡。移動(dòng)透鏡L的位置，當(dāng)物距正好是透鏡的焦距時(shí)，物屏AB上任意一點(diǎn)發(fā)出的光，經(jīng)透鏡折射后變?yōu)槠叫泄?，然后被平面鏡反射回來(lái)，再經(jīng)過(guò)原透鏡折射必然會(huì)會(huì)聚在原物屏的焦平面上，發(fā)射回來(lái)的象是一個(gè)與原物大小相等的倒立實(shí)象。測(cè)出物與透鏡之間的距離，就是待測(cè)透鏡的焦距。該法測(cè)量誤差大約在1－5％。3二次成象法上面兩種方法，都因透鏡的中心位置不易確定而在測(cè)量中引入了誤差。而二次成象法可以避免這一缺點(diǎn)。從（1－1）可知，如物與屏之間的距離保持不變，則沿光軸方向移動(dòng)透鏡，可以在象屏上觀測(cè)到二次成象，一次是放大倒立的實(shí)象，另一次是縮小倒立的實(shí)象（圖1－3）。測(cè)出兩次成象時(shí)透鏡所移動(dòng)的距離d，可以證明，透鏡的焦距可由下式給出的方法測(cè)出。f=（D=-S）（1－3）該法其測(cè)量誤差僅為1％左右。以上測(cè)量焦距的方法不適應(yīng)于凹透鏡，因他是一種發(fā)散透鏡，不能對(duì)實(shí)物成象。二、虛物成象法測(cè)凹透鏡焦距。如圖1－4所示。先使物AB發(fā)出的光線經(jīng)凸透鏡L1成實(shí)象,然后在和L1之間放入待測(cè)的凹透鏡L2，就能使虛物產(chǎn)生一個(gè)實(shí)象，若令S2為虛物的物距，為相距，測(cè)凹透鏡的焦距為:<0（1－4）注意：（1）不能選較大的中間象作為凹透鏡L2的虛物。[實(shí)驗(yàn)內(nèi)容]1．調(diào)節(jié)光據(jù)座上各元件，使之共軸。（1）、粗調(diào)：將光源、物和透鏡靠攏，調(diào)節(jié)他們的取向和高低左右位置，憑眼睛觀察，使他們的中心在一條和導(dǎo)軌平行的直線上。（2）、細(xì)調(diào)：借助其他儀器或工具和成象規(guī)律來(lái)判斷與調(diào)節(jié)。不同的裝置可能由不同的具體調(diào)節(jié)方法，下面介紹物與單個(gè)凸透鏡共軸的調(diào)節(jié)方法：2．測(cè)凸透鏡的焦距（1）用自準(zhǔn)直法測(cè)焦距物的制作：在金屬片上開(kāi)一個(gè)箭形孔，并用一塊毛玻璃緊貼在孔上，用白熾燈照明毛玻璃即可作物。實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將燈泡、物孔、透鏡、平面鏡放在光具座上，首先進(jìn)行共軸調(diào)節(jié)。為了消除透鏡的中心線與光具座座架滑快的讀數(shù)準(zhǔn)線不再同一平面內(nèi)帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，應(yīng)把透鏡連同透鏡夾旋轉(zhuǎn)180度后。再作一次實(shí)驗(yàn)，取兩次讀數(shù)的平均值來(lái)求該透鏡的焦距。（2）、通過(guò)測(cè)量物距、像距求焦距先用粗測(cè)法測(cè)量焦距，然后在光具座上放上燈泡、物屏和白色象屏，并使物屏與像屏的距離D略大于粗測(cè)透鏡焦距的4倍，移動(dòng)透鏡，直到在象屏上看到清晰的像為止，由讀數(shù)架準(zhǔn)線測(cè)出物距S，以上過(guò)程多次重復(fù)取平均值，因=D+S,代入（1－2）式得到：f=＝－(S<0)(1-5)（3）、利用二次成像法測(cè)焦距仍使D>4f,,用屏座滑塊準(zhǔn)讀出物屏與像屏的距離D,調(diào)節(jié)各光學(xué)元件使之共軸。然后記下二次成象時(shí)的透鏡