薄透镜焦距的测量.pdf

大学物理Ⅱ普通物理实验薄透镜焦距的测量实验报告容包含：实验目的、实验仪器、实验原理实验容、实验步骤、实验数据整理与归纳〔数据、图表、计算等〕、实验结果分析、实验思考题、实验心得。【实验目的】1.通过根本光学仪器了解光学根本操作规程；2.学习简单光学系统的共轴等高调节方法；3.学习用自准法、共轭法、辅助透镜成像法等测量透镜焦距；4.观察透镜成像加深对薄透镜成像规律的理解。【实验仪器】光具座、凸透镜、物屏、像屏、平面镜、钠光灯和读数小灯〔或手电筒〕等。【实验原理】1.薄透镜成像公式当透镜的厚度与其焦距相比甚小时这种透镜称为薄透镜。在近轴光线〔指通过透镜中心局部并与主光轴夹角很小的那一局部光线〕的条件下薄透镜成像公式为111=+〔3-1〕𝑓𝑓𝑓式〔3-1〕中1为薄透镜的焦距u为物距v为像距f、u、v均从透镜的光心算𝑓起其正负号的规定如下表。参量fuV正号〔+〕凸透镜实物实像负号〔-〕凹透镜虚物虚像1/5为方便计算将透镜成像公式变形为𝑓𝑓f=〔3-2〕𝑓+𝑓2.凸透镜焦距的测量原理与测量方法〔1〕物距像距法物体发出的光线经凸透镜会聚后将成实像与另一侧测出此时的物距u和像距v由透镜成像公式〔3-2〕算出凸透镜的焦距。〔2〕自准法〔平面镜法〕根据光的可逆性测定凸透镜的焦距如图3-1所示。以狭缝光源s作为物并置于凸透镜的焦平面时由s发出的光通过凸透镜后将成为一束平行光束。假设用与凸透镜主光轴垂直的平面镜将此平行光沿原来的路线反射回去。反射光再次通过凸透镜后仍会聚与凸透镜打的焦平面上。测出此时物s与凸透镜之间的距离so这就是凸透镜的焦距f。此方法是利用调节实验装置本身使之产生平行光以达到调节目的所以称为自准法。图3-1自准法测焦距图3-2共轭法测焦距〔3〕共轭法〔二次成像法〕如3-2所示当物像间距D大于4倍焦距f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那么得到2/5〔3-3〕x和x取值不变(取整数)x取一组测量平均值。𝑓𝑓𝑓【实验容】1.简单光学系统的共轴等高调节〔1〕粗调：将光源透镜物屏、像屏靠近调节高度使其中心线处于一条直线上。〔2〕细调：主要依靠仪器和光学成像规律来鉴别和调节。可以利用屡次成像的方法即只有当物的中心位于光轴上时屡次成像的中心才会重合。2.凸透镜焦距的测定1〕自准法〔1〕按光源、物屏、透镜、平面镜从左到右摆放仪器调至共轴。〔2〕靠紧尺子移动L直至物屏上获得镂空图案倒立实像。〔3〕调平面镜与凸透镜使像最清晰且与物等大充满同一圆面积。〔4〕记下P、L位置a1、a2;〔5〕将PL反转180度后重复前四步。〔6〕记下P、L新的位置b1、b2.重复测量5次数据记入表中求出平均值机器误差正确表示测量结果。2)共轭法按照图3-2固定好物屏、像屏使两者距离D应大于4f。根据式〔3-3〕计算焦距f并与自准法结果相比拟。3〕物距像距法如图3-3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