《大学物理实验》20实验二十 薄透镜焦距的测定.pdf

《《大学物理实验》20实验二十 薄透镜焦距的测定.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、实验二十薄透镜焦距的测量焦距是指透镜的主点到焦点的距离，是透镜的重要参数之一，透镜的成像位置及性质(大小、虚实)均与其有关。焦距测量的准确性取决于主点及焦点(或像点)的定位是否准确。本实验介绍了测量透镜焦距的多种方法，并比较各种方法的优缺点。一、实验目的1．学习透镜方面的基本知识。2．掌握薄透镜的焦距的几种测量方法。二、实验原理（一）薄透镜成像规律薄透镜是指透镜中心厚度d比透镜焦距f小很多的透镜。透镜分为两大类：一类是凸透镜（也称为正透镜或会聚透镜），对光线起会聚作用，焦距越短，会聚本领越大；另一类是凹透镜（也称负透镜或发散透镜），对光

2、线起发散作用，焦距越短，发散本领越大。在近轴光线（指通过透镜中心并与主光轴成很小夹角的光束）的条件下，薄透镜的成像可表示为：111+=(1)P′Pf'式中PP为像距，P为物距，f为(像方)焦距。各线距均从透镜中心(光心)量起，与光线进行方向一致为正，反之为负。（二）薄透镜焦距的测量原理1.凸透镜的焦距测量（1）粗测法：当物距p趋向无穷大时，由(1)式可得：f=P′，即无穷远处的物体成像在透镜的焦平面上。用这种方法测得的结果一般只有1～2位有效数字。由于这种方法误差较大，大都用在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。（2）公式法根据(1)式，则

3、薄透镜焦距为PP′f=(2)PP+′'若在实验中分别测出物距P和像距P,即可用式(2)求出该透镜的焦距f。(3)自准法如图1所示，在透镜L的一侧放置被光源照亮的物屏AB，在另一侧放置一块平面镜175M。移动透镜的位置即可改变物距的大小。当物距等于透镜的焦距时，物屏AB上任一点'MP2P2AL'P1P1物缩小像放大像L像D>4f’Bf图2图1发出的光，经透镜折射后成为平行光；再经平面镜反射，反射光经透镜折射后重新会聚。由透镜成像公式可知，会聚光线必在透镜的焦平面上成一个与原物大小相等的倒立的实像。此时，只需测出透镜到物屏的距离，便可得到透

4、镜的焦距。该方法的测量主要是透镜与物屏之间距离的测量，其结果可以有三位有效数字。(4)二次成像法(共轭法)若保持物屏与像屏之间的距离D不变且D>4f,沿光轴方向移动透镜，可以在像屏上观察到二次成像：一次成放大的倒立实像，一次成缩小的倒立实像。如图2所示。在这种情况下，透镜的两个位置对于物与像屏连线中点来说是对称的。物距为P1时，得到放大的像；物距为P2时，得到缩小的像，在二次成像时透镜移动的距离为L。则P=P′和P=P′1221D−L=P+P′=2P121D+LP′=D−P=112再结合式(1)不难得到透镜的焦距为22D−Lf=(2)4

5、D2.凹透镜焦距的测量上述四种方法要求物体经透镜后成实像，适于测量凸透镜的焦距，而不适于测量凹透镜的焦距。为了测量凹透镜的焦距，常用一个已知焦距的凸透镜与之组合成为透镜组，物体发出的光线通过凸透镜后会聚，再经凹透镜后成实像。如图3所示。若令S(>0)为虚物2176L1L2的物距，S2′为像距，则凹透镜的焦距为：AS2S2′’B’f2′=−(3)BBS2′−S2A’A’三、实验仪器S2光具座1个，滑块4块，光屏1个，光S'2源盒1个，遮光屏1个，透镜座2个(凹透镜图31块，凸透镜1块)，3V电源1个，手电筒1个。四、实验内容和步骤1.光具

6、座上各光学元件同轴等高的调节先利用水平尺将光具座导轨在实验桌上调节成水平，然后进行各光学元件同轴等高的粗调和细调，直到各光学元件的光轴共轴，并与光具座导轨平行为止。光学系统的共轴调节方法分为粗调和细调两步。（1）粗调：按图4将光源、物屏、透镜、像屏等光具夹固定好，先将它们靠拢，调节各自的的高低、左右位置和取向，凭眼睛观察，使它们的中心处在一条和导轨平行的直线上，使透镜的主光轴与导轨平行，并且使物（或物屏）和成像平面（或像屏）与导轨垂直。B（2）细调：如图4（a）所示，使D>4f（f为A1A2O1O2B透镜的焦距），然后固定物屏和像屏。将

7、凸透镜沿A2光轴移到O1或O2位置都能在屏上成像，一次成大像A1B1，一次成小像A2B2。物点A位于光轴上，则DB1两次像的A1和A2点都在光轴上而且重合。如果物（a）点A不在透镜的主光轴上，则两次像的A1和A2点不重合，若观察到大像的A1点在小像A2的下面，如图4（b）所示，可以看出物点A在光轴之上，这时应升高透镜，反之则应升高降低透镜。如此B反复调节透镜高度，使大像的中心趋向小像中心AO1O2A2（大像追小像），直至A1和A2重合，即说明点AB2已调到透镜的主光轴上了。A12.测凸透镜的焦距（必做内容）（b）B1(1)用自准直测法测

8、量凸透镜的焦距。图4共轴调节将被光源照明的1字矢屏、凸透镜和平面镜一次装在光具座的支架上（平面镜要尽量的靠近凸透镜），直至物旁出现清晰的像为止。测出此时的物距，即为透镜的焦距。在实际测量时，由于眼睛对成像的