透镜焦距测量与光学设计(1).doc

南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：透镜焦距测量与光学设计学院：化学学院专业班级：应用化学164班学生姓名：刘家玲学号：30实验地点：物理实验楼609实验时间：第三周星期一下午15:45点开始一、实验目的：1.观察薄凸透镜、凹透镜的成像规律；2.学习用成像法、共轭法测量凸透镜焦距；用成像法测量凹透镜焦距；3.观察透镜的像差。4.通过实验掌握望远镜和显微镜的基本原理，并在导轨和光座上用透镜自组望远镜和显微镜。5.通过实际测量，了解显微镜和望远镜的主要光学参量。6.了解视觉放大率的概念并学习其测量方法。二、实验原理：凸透镜焦距的测量成像法在近轴光线的条件下，薄透镜成像的高斯公式为1/s’－1/s=1/f’挡将薄透镜置于空气中时，则焦距为：f’=-f=ss’/（s-s’）f’为像方焦距，f为物方焦距，s’为像距，s为物距。式中的各线距从透镜中心（光心）量起，与光线行进方向一致为正，反之为负，如图所示.若在实验中分别测出物距s和像距s’,即可求出该透镜的焦距f’，但应注意:测得量需添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。2.共轭法使物与屏间的距离D>4f并保持不变，沿光轴方向移动透镜，则必能在像屏上观察到二次成像.设物距为s1时，得放大的倒立实像；设物距为s2时，得缩小的倒立实像，透镜两次成像之间的位移为d，根据透镜成像公式，可推得：f’=(D2-d2）/4D凹透镜焦距测量成像法物AB发出的光线经凸透镜L1后形成一大小适中的实像A’B’,然后在L1与A’B’之间放入待测凹透镜L2，就能使虚物A’B’产生一实像A’’B’’,分别测出L2到A’B’和A’’B’’之间的距离s2,s2’即可求出焦距f2’.显微镜原理：由于经过物镜和目镜的两次放大，显微镜总的放大率Г应是物镜放大率β和目镜放大率Гe的乘积，即Г==-βГe,其中D=250mm是明视距离。望远镜原理：.开普勒望远镜由两个凸透镜组成，物镜的像方焦点与目镜的像方焦点重合，如图所示，望远系统的垂轴放大率仅仅取决于望远系统的结构参量，与物距无关，即Г==-.伽利略望远镜：伽利略望远镜是由薄凸透镜和厚凹透镜组成，物镜的像方焦点与目镜的像方焦点重合。实验仪器：光具座、凸透镜、凹透镜、光源、物屏、平面反射镜、水平尺和滤光片等。透镜40mm，200mm各一件。四、实验内容和步骤：1.成像法测凸透镜的焦距从透镜中心（光心）量起，与光线行进方向一致为正，反之为负，在实验中分别测出物距s和像距s’,即可求出该透镜的焦距f’。共轭法测凸透镜的焦距粗测凸透镜焦距，取D>4f’并保持不变.调节箭矢中点与透镜共轴，并且应使透镜光轴尽量与光具座导轨平行，往复移动透镜并仔细观察，成像清晰时读数，使物与屏间的距离D>4f并保持不变，沿光轴方向移动透镜，则必能在像屏上观察到二次成像.设物距为s1时，得放大的倒立实像；设物距为s2时，得缩小的倒立实像，重复操作取平均值。3.成像法测凹透镜焦距先使物AB发出的光线经凸透镜L1后形成一大小适中的实像A’B’,然后在L1与A’B’之间放入待测凹透镜L2，就能使虚物A’B’产生一实像A’’B’’,分别测出L2到A’B’和A’’B’’之间的距离s2,s2’即可求出焦距f2’.（1）设计放大倍率为4的开普勒望远镜，并对其放大率进行实际测量。设计放大倍率为4的伽利略望远镜，并对其放大率进行实际测量。设计一视放大率为15的显微镜，目镜焦距50mm，并对其放大率进行实际测量。五、数据记录与处理1.成像法测凸透镜的焦距物A透镜O像A’焦距f平均焦距f厚透镜薄透镜2.共轭法测凸透镜的焦距物A(cm)透镜o（第一次位置）透镜o（第二次位置）像A’（cm）焦距f(cm)平均焦距f（cm）厚透镜薄透镜3.成像法测凹透镜的焦距物A(cm)辅助凸透镜O1（cm）像A、(cm)被测凹透镜O2（cm）像A、、（cm）焦距f（cm）平均焦距f(cm)厚透镜薄透镜不确定度的计算：误差分析1.薄凹透镜测量相对不确定度较大的原因科能是在测量时没有移动到最清晰的像就开始读数，导致得到的焦距与其他两组的相差较大，则相对不确定书也较大。2.没有标准的平行光源。3.透镜对于不同频率的光,焦距不同。4.光具座的标尺本身有误差，并且读数也会造成误差。5.光束偏离主光轴较大时,聚焦也有误差。6.光屏上清晰的像的位置很多，无法准确的确定最清晰像的位置。原始数据八.思考题题目：用共轭法测凸透镜焦距有什么优点答：使用共轭法的优点是操作简单，只需要移动透镜就行，不需要确定凸透镜中心的位置。