清华大学物理实验A1透镜焦距的测量实验报告.pdf

..清华大学透镜焦距的测量实验物理实验完整报告班级XX学号结稿日期：透镜焦距的测量实验报告一、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〔主要是共轴调节和消视差〕；3.学习几种测量透镜焦距的方法。二、实验原理1.薄透镜成像规律：薄透镜是指中央厚度d比透镜焦距f小很多的透镜。分为凹透镜和凸透镜。在近轴光线条件下，薄透镜的成像规律为：式中，为线放大率，其余各个物理量正负作如下规定：物理量符号正负物距p实物虚物像距q实物虚物焦距凸透镜凹透镜f物的大小y光轴之上光轴之下像的大小光轴之上光轴之下y'本实验中采用薄透镜，因此p和q都是从光心算起。在本实验中，为了尽可能满足近轴条件，常采取两个措施：(1)在透镜前加一光阑以挡住边缘光线；(2)调节各元器件使之共轴。以凸透镜为例，薄透镜成像规律如图1所示。图1凸透镜成像规律2.共轭法测凸透镜的焦距原理：.v...如图2，使得物与屏距离b＞4f并保持不变，令O和O间的距离为a,物到像的距离为b，12那么根据共轭关系，有pq和pq。进而推得：1221测量出a和b即可求得焦距f。图2共轭法测量凸透镜焦距3.焦距仪测凸透镜焦距原理：yy'y'如以下图3，由几何关系，知：tan，tan且tantan，所以，ff。0ff0xyx式中f为平行光管武警的焦距，为给出值。y'为用测微目镜测得的同一对平行线的像的距离，f为待测凸透镜的焦距。x图3焦距仪光路图4.自准法测凹透镜焦距原理：如图4，物屏上的箭矢AB经过凸透镜L后成实像A'B'，图中OFf为L的焦距。现将11111待测凹透镜L置于L与A'B'之间，此时A'B'成为L的虚物。假设虚物A'B'正好在L的2122焦平面上，那么从L出射的光将是平行光。假设在L后面垂直于光轴放置一个平面镜，那22么该平行光经反射并依次通过L和L，最后必然在物屏上成实像A"B"。这时，分别测出L212的位置O及虚物A'B'的位置F，那么OF就是待测凹透镜的焦距f。22图4自准法测量凹透镜焦距光路图5.薄凹透镜成像规律的研究为了使得从凹透镜出射的光线会聚并成实像，应当使用虚物。因此，如以下图5，先用凸透镜成实像，再在实像和凸透镜之间插入凹透镜，左右移动光屏，找到清晰的实像。图5薄凹透镜成像规律〔0＞p＞f〕光路图三、实验仪器本实验的实验仪器有：导轨，滑块，焦距仪〔平行光管，测微目镜〕，物屏，像屏，凸透镜，凹透镜，平面镜等。四、数据记录和处理从待测凸透镜处通过同时等速地移动物屏和像屏直至成清晰的和物体等大的实像为止，粗测.v...得2f31.00cm，所以粗略估计待测凸透镜的焦距为f15.50cm。1.共轭法测凸透镜焦距物屏位置P100.00cm；像屏位置Q37.00cm测量序号12345672.7972.6072.7572.8572.8972.70凸透镜位置Ocm164.7964.9564.8164.7064.8164.75凸透镜位置Ocm2aOOcm8.007.657.948.158.087.9521b2a2计算得：a7.961666667cm,b63.00cm；f15.49856508cm。实验室给4b出的不确定度：0.25cm和0.20cm，那么，ab2.焦距仪法测凸透镜焦距参看平行管上注明的参数得，平行管物镜距离f550.000mm；玻罗板上所选的某一对平行线的线距y20.000mm。测量序号1234563.3493.3673.3393.3823.3323.369y'mm18.9808.9918.9708.9858.9498.985y'mm2y'y'y'mm5.6315.6245.6315.6035.6175.61612y'计算得：y'5.620333333mm；ff154.5591667cm。测微目镜仪器误差为xy0.004mm,因而测一对平行线的距离的20.004mm，那么，B3.自准法测凹透镜焦距物屏位置〔即箭矢AB位置〕P101.00cm；凸透镜位置O70.40cm;1测量序号12345661.0261.1061.1661.0561.2061.30凹透镜位置O'cm261.3061.5061.4661.6061.6061.90凹透镜位置O"cm2O'O"O22cm61.1661.3061.3161.32561.4061.6022.v...39.2939.3639.3039.2639.2439.20虚物位置Fcm计算得：fFO22.07416667cm。光具座读数误差为0.05cm，那么，24.薄凹透镜成像规律研究本次试验研究的是0＞p＞f时的.薄凹透镜成像规律。箭矢AB屏的位置106.20cm；L的位置O83.