薄透镜焦距的测量实验报告.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：信息工程学院专业班级：电子信息工程152班学生姓名：学号：实验地点：609座位号：15号实验时间：第1周星期三下午15.45点开始一、实验综述1、实验目的及要求（1）了解对简单光学系统进行共轴调节（2）学会用自准直法测量薄凸透镜的焦距（3）学会用位移法测量薄凸透镜的焦距（4）学会用物距-像距法测量薄凸透镜的焦距（5）学会用物距-像距法测凹透镜的焦距2、实验仪器、设备或软件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二、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）（1）观测依据1．自准直法测薄凸透镜的焦距根据焦平面的定义用右图所示的光路可方便地测出凸透镜的焦距f|xlx0|2．物距——像距法测凸透镜焦距在傍轴光线成像的情况下成像规律满足高斯公式如图所示式中u和v分别为物距和像距f为凸透镜焦距对f求解并以坐标代入则有=(xo＜xL＜xi)xo和xL取值不变(取整数)xi取一组测量平均值。3．位移法测透镜焦距(亦称共轭法、二次成像法)如右图所示当物像间距D大于4倍焦距即D4f时透镜在两个位置上均能对给定物成理想像于给定的像平面上。两次应用高斯公式并以几何关系和坐标代入则得到xo和xi取值不变(取整数)xL1和xL2各取一组测量平均值。4．用物距-像距法测凹透镜的焦距BF1XiXoXLA1A2A1A2B1F2AL1L2B!B2在上图中：L1为凸透镜L2为凹透镜凹透镜坐标位置为XLF1为凸透镜的焦点F2为凹透镜的焦点AB为光源A1B1为没有放置凹透镜时由凸透镜聚焦成的实像同时也是放置凹透镜后凹透镜的虚物坐标位置为XOA2B2为凹透镜所成的实像坐标位置为Xi。对凹透镜成像虚物距u=XL-Xo应取负值(xL＜xo)；实像距v=Xi-XL为正值(xL＜xi)；则凹透镜焦距f2为：＜0(凹透镜焦距为负值!!!)xL取值不变xo和xi各取一组测量平均值。（2）实验步骤：1．自准直法测凸透镜焦距如图1布置光路调透镜的位置高低左右等使其对物成与物同样大小的实像于物的下方记下物屏和透镜的位置坐标x0和xL。2．物距——像距法测凸透镜焦距如图2布置光路固定物和透镜的位置使它们之间的距离约为焦距的2倍；移动像屏使成像清晰；调透镜的高度使物和像的中点等高；左右调节透镜和物屏使物与像中点连线与光具座的轴线平行；用左右逼近法确定成理想像时读像屏的坐标。重复测量5次。3．用位移法进行共轴调节参照图3布置光路放置物屏和像屏使其间距D4f移动透镜并对它进行高低、左右调节使两次所成的像的顶部（或底部）之中心重合需反复进行数次调节方能达到共轴要求。4．位移法测焦距在共轴调节完成之后保持物屏和像屏的位置不变并记下它们的坐标x0和xi移动透镜用左右逼近法确定透镜的两次理想位置坐标xL1和xL2。测量5次。5．用物距——像距法测量凹透镜的焦距要求测三次。6．组装显微镜并测其放大率。数据记录和处理1．自准直法物和像的位置坐标x0（mm）134.00透镜的位置坐标xL（mm）113.60根据公式：f|xlx0|=1952．物距——像距法物坐标x0=134.00mm透镜坐标xL=125.20mmxi的测量平均值为118.20mm测量结果用不确定度表示：==195.7(xo＜xL＜xi)上式中xoxLxi是直接测量量f是间接测量量合成不确定度传递公式为：直接测量量xoxLxi的合成不确定度x0、xL和xi计算如下：因为x0和xL都只测量了一次只有非统计不确定度即x0xL=ux0uxL仪=0.58xi是多次测量量其统计A类不确定度为=0.23(测量次数k为5次)非统计B类不确定度为uxi仪=0.58式中的仪是光具座上米尺的仪器误差。这里说明一点在分析x0、xi和xL的非统计不确定度时除了仪器误差引起的不确定度外为简单起见我们把仪