南昌大学薄透镜焦距的测量实验报告.pdf

南昌大学物理实验报告

课程名称：大学物理实验

实验名称：透镜焦距的测量

学院：专业班级：

学生姓名：学号：

实验地点：B609座位号：9号

实验时间：第九周星期五下午十五时四十五分开始

一、实验目的：
1)加深理解薄透镜的成像规律
2)学习简单光路的分析和调节技术
3)学习几种测量透镜焦距的方法
二、实验原理：
1．测凸透镜的焦距
（1）自准直法
如图1所示，用屏上“1”字矢孔屏作为发光物。在凸透镜的另一边放置一平面反射镜，光线通过凸
透镜后经平面反射镜返回孔屏上。移动透镜位置可以改变物距的大小，当物距正好是透镜的焦距时，物
上任意一点发出的光线经透镜折射后成为平行光，经平面镜反射后，再经透镜折射回到矢孔屏上。这时
在矢孔屏上看到一个与原物大小相等的倒立实像。这时物屏到凸透镜光心的距离即为此凸透镜的焦距。
（2）物距像距法
如图2所示，用屏上“1”字矢孔作为发光物，经过凸透镜折射后成像在另一侧的观察屏上。在实
验中测得物距u和像距v，则凸透镜的焦距为
uv
f
uv
用自准直法和物距像距法测凸透镜焦距时，都必须考虑如何确定光心的位置。光线从各个方向通过
凸透镜中的一点而不改变方向，这点就是该凸透镜的光心。凸透镜的光心一般与它的几何中心不重合，
因而光心的位置不易确定，所以上述两种方法用来测定凸透镜焦距是不够准确的，误差约为1.0%~5.0%。

图1自准直法测焦距图2物距像距法测焦距

（3）共轭法测量凸透镜焦距
如果物屏与像屏的距离b保持不变,且b>4f,在物屏与像
屏间移动凸透镜,可两次成像.当凸透镜移至O处时,屏上得
1
到一个倒立放大实像,当凸透镜移至O处时,屏上得到一个倒
2
立缩小实像,由共轭关系结合焦距的高斯公式得:

实验中测得a和b,就可测出焦距f.光路如上图所示:
2．凹透镜焦距的测量原理
利用虚物成实像求焦距：

图4
如图4所示，先用凸透镜L使AB成实象AB，像AB便可视为凹透镜L的物体（虚物）所在位置，然
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后将凹透镜L放于L和AB之间，如果OA<∣f∣，则通过L的光束经L折射后，仍能形成一实象AB。物
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距s=OA，像距s′=OA，代入公式（1），可得凹透镜焦距。
2122

三、实验仪器：
光具座，光源，透镜架，1字矢孔屏，观察屏，凸透镜，凹透镜，反光镜

四、实验内容和步骤：
1．光路调整
由于应用薄透镜成像公式时，需要满足近轴光线条件，因此必须使各光学元件调节到同轴，并使该
轴与光具座的导轨平行，“共轴等高”调节分两步完成：
（1）目测粗调：把光源、物屏、透镜和像屏依次装好，先将它们靠拢，使各元件中心大致等高在
一条直线上，并使物屏、透镜、像屏的平面互相平行。
（2）细调：利用共轭法调整，参看图2，固定物屏和像屏的位置，使D>4f，在物屏与像屏间移
动凸透镜，可得一大一小两次成像。若两个像的中心重合，即表示已经共轴；若不重合，可先在小像中
心作一记号，调节透镜的高度使大像的中心与小像的中心重合。如此反复调节透镜高度，使大像的中心
趋向小像中心（大像追小像），直至完全重合。
2．凸透镜焦距的测量
由于实验中要人为地判断成像的清晰，考虑到人眼判断成像清晰的误差较大，常采用左右逼近测读
法测定屏或透镜的位置，即从左至右移动屏或透镜，直至在物屏或像屏上看到清晰的像，这就是左右逼
近测读法。
(1)自准法

如右图,物屏上的箭矢AB经凸透镜L后成虚像A,B,,图中OF=f为L的焦距.现将待测凹透镜L置于L
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与AB之间,此时,A,B,成为的L虚物.若虚物A,B,正好在L的焦平面上,则从L出射的光将是平行光.若
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在L后面垂直光轴放置一个平面反射镜,则最后必然在物屏上成实像A,,B,,.此时分别测出L的位置及
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虚物的位置,则就是待测凹透镜的焦距f.[4]
(2)用实物成实像法：
参看图2，将物屏、透镜固定在导轨上，间距大于焦距（可利用自准法数据），利用左右逼近测
读法，从左至右移动像屏找到清晰的图像，再从右至左移动像屏，找到清晰的图像，重复3次。记录此
时物屏、透镜、像屏的位置，计算焦距。
(3)固定物屏和像屏的位置，使D>4f（可利用自准法数据），采用左右逼近测读法分别测定凸透
镜在像屏上成一大一小两次像的位置，重复3次,计算焦距。
3．凹透镜焦距的测量（虚物成实像法：）

安置好光源、物屏、凸透镜和像屏，使像屏上形成缩小清晰的像，用左右逼近测读法测定像屏的
位置，同时固定物屏和凸透镜。
在凸透镜和像屏之间放入凹透镜，移动像屏，直至像屏上出现清晰的像，用左右逼近测读法测定
像屏的位置，并记录凹透镜的位置，重复2次，计算凹透镜的焦距。注意符号。
五、实