薄透镜焦距的测定

1、1会计学薄透镜焦距的测定薄透镜焦距的测定实验目的实验仪器光具座，凸透镜、凹透镜，平面反射镜，光源，物屏，像屏。1. 准备知识准备知识 薄透镜是指透镜中心厚度比透镜的焦距或曲率半径小薄透镜是指透镜中心厚度比透镜的焦距或曲率半径小很多的透镜。透镜分为凸透镜和凹透镜两类：中间厚、边缘很多的透镜。透镜分为凸透镜和凹透镜两类：中间厚、边缘薄的透镜称为凸透镜，对光线有会聚作用，又称为会聚透镜薄的透镜称为凸透镜，对光线有会聚作用，又称为会聚透镜；中间薄、边缘厚的透镜称为凹透镜，对光线有发散作用，；中间薄、边缘厚的透镜称为凹透镜，对光线有发散作用，又称为发散透镜。又称为发散透镜。有关透镜的一些名词解释：有关透

2、镜的一些名词解释：主光轴主光轴：通过透镜两个折射球面的球心的直线，叫透镜的主：通过透镜两个折射球面的球心的直线，叫透镜的主光轴（或主轴）。光轴（或主轴）。光心光心：光线通过主光轴上某一特殊点，而不改变方向，这个：光线通过主光轴上某一特殊点，而不改变方向，这个点叫透镜的光心。点叫透镜的光心。副光轴副光轴：除主光轴外通过光心的其他直线叫副光轴：除主光轴外通过光心的其他直线叫副光轴。 焦平面 焦平面 F O f f (a) 凸透镜的焦点 (b) 凹透镜的焦点 图 透镜的焦点及焦平面 光路图：光路图：（1 1）平行于主光轴的光线经透镜折射后过透镜的焦点；）平行于主光轴的光线经透镜折射后过透镜的焦点；（

3、2 2）过透镜光心的光线经透镜时不改变方向。）过透镜光心的光线经透镜时不改变方向。2. 薄透镜成像公式薄透镜成像公式当透镜的厚度远比其焦距小得多时当透镜的厚度远比其焦距小得多时, ,这种透镜称为薄透镜这种透镜称为薄透镜。 在近轴光线的条件下在近轴光线的条件下, ,薄透镜成像的规律可表示为薄透镜成像的规律可表示为 fvu111u、v 分别为物距和像距，实物与实像时取正，虚物与虚像时取分别为物距和像距，实物与实像时取正，虚物与虚像时取负；负；f 为透镜焦距，凸透镜取正，凹透镜取负为透镜焦距，凸透镜取正，凹透镜取负 。实验原理实验原理将物将物ABAB放在凸透镜的前焦平面放在凸透镜的前焦平面上上, ,

4、这时物上任一点发出的光这时物上任一点发出的光束经透镜后成为平行光束经透镜后成为平行光, ,由平由平面镜反射后再经透镜会聚于透面镜反射后再经透镜会聚于透镜的前焦平面上镜的前焦平面上, , 得到一个大得到一个大小 与 原 物 相 同 的 倒 立 实 像小 与 原 物 相 同 的 倒 立 实 像A AB B。此时。此时, , 物屏到透镜之物屏到透镜之间的距离就等于透镜的焦距间的距离就等于透镜的焦距f f。 3. 凸透镜焦距的测定凸透镜焦距的测定1) 自准法 ABABfF 物与像屏距离L大于4倍焦距，即L4f ，固定物与像屏位置不变，移动凸透镜，将在屏上出现两次成像。AB A)B( L像屏物屏AB1v

5、f1x2xl1u2u2vLlLf422优点优点：它可以准确测量：它可以准确测量L L、 的值，从而避免了测量的值，从而避免了测量 U U 的值时，难于找准凸的值时，难于找准凸透镜光心位置所造成的误差。透镜光心位置所造成的误差。、VlvuuvfAB1L物屏AB1f2f2L A BVU 为凹透镜的虚物，物距为负值BA实验原理4. 凹透镜焦距的测定凹透镜焦距的测定1) 组合法 1. 1. 同轴等高的调节同轴等高的调节薄透镜成像公式仅在近轴光线的条件下成立。对几个光学元件组成的光路,应使各光学元件的主光轴重合,才能满足近轴光线的要求。习惯上把各光学元件主光轴的重合称为同轴等高。实验内容（1）粗调：）粗

6、调：在光具座上使各光具尽量靠拢，用眼睛观察各光学器件是否在光具座上使各光具尽量靠拢，用眼睛观察各光学器件是否与箭矢物与箭矢物AB的中间点等高共轴。的中间点等高共轴。等高调节：等高调节：升降调节各光学器件与箭矢物升降调节各光学器件与箭矢物AB的中间点等高的中间点等高。共轴调节：共轴调节：调节各光学器件支架底座位移调节螺钉，使各调节各光学器件支架底座位移调节螺钉，使各光学器件的中心及箭矢物光学器件的中心及箭矢物AB位于光具座中心轴线上，再调节位于光具座中心轴线上，再调节各光学器件表面与光具座中心轴线垂直。各光学器件表面与光具座中心轴线垂直。 根据二次成像规律，首先取箭矢物根据二次成像规律，首先取箭

7、矢物AB到光屏到光屏P的距离为的距离为L4f后，两者固定后，两者固定。 凸透镜放在物与光屏间，移动凸透镜使光屏上看到放大和缩小的像，调节凸透镜放在物与光屏间，移动凸透镜使光屏上看到放大和缩小的像，调节各光学器件支架底座位移调节螺钉及支架的高低位置，使光屏上看到放大和缩各光学器件支架底座位移调节螺钉及支架的高低位置，使光屏上看到放大和缩小像的中心点重合。小像的中心点重合。（大像追小像）（大像追小像） 同理调节凹透镜共轴，同轴等高的调节完成。同理调节凹透镜共轴，同轴等高的调节完成。光源物屏透镜像屏主光轴主光轴如大像中心偏上（下），透镜光心就偏上（下）。如大像中心偏上（下），透镜光心就偏上（下）。2

8、 2、自准直法测凸透镜焦距：、自准直法测凸透镜焦距：在物屏平面镜之间移动凸透镜，直到在物屏上找到等大倒立聚焦清晰的像，测五次五次。ABABfF0 x1x物屏物体物体位置位置B B凸透镜位置凸透镜位置O O焦距焦距f=O-Bf=O-Bf f= =左左右右平均平均1 12 23 34 45 5平均值平均值niifnf11)1(12nnffttsuniifAcuB仪22CBAuuu%10068.0fuuPuffCcrelCn=5,t=1.14,c=33 3、共轭法测凸透镜焦距：、共轭法测凸透镜焦距： 物与屏间距大于物与屏间距大于4 4倍焦距，并保持不变（多次测量时）。倍焦距，并保持不变（多次测量时）

9、。移动透镜，当白屏上出现清晰的放大和缩小的像时，记录透镜位置。重复次。移动透镜，当白屏上出现清晰的放大和缩小的像时，记录透镜位置。重复次。AB1x A)B( 2x像屏物屏AB0 x0 xLlLf422物体物体位置位置B B像屏位置像屏位置 BB或或BB凸大位置凸大位置O1O1凸小位置凸小位置O2O2li=O2-O1li=O2-O1lili左左右右平均平均左左右右平均平均1 12 23 34 45 5平均值平均值LlLf4222,22,2222,24lcLcfcuLluLlLuccmcuLc08.0,仪)1(12,nnllttsuniillAculB仪,2,2,c,lBlAluuu%10068.

10、 0,fuuPufffccrelfc2,22,2222,24lcLcfcuLluLlLu4 4、物距像距法测凹透镜焦距：、物距像距法测凹透镜焦距： 物经过凸透镜成的小像位置物经过凸透镜成的小像位置 测测5 5次，放上次，放上凹透镜到合适的位置，移动像屏使像清晰，凹透凹透镜到合适的位置，移动像屏使像清晰，凹透镜的位置镜的位置 测测5 5次，大像的位置次，大像的位置 测测1 1次。次。0 x 0 x2xAB0 x A B 0 x1L物屏AB1f固定固定2f2L2x物物体体位位置置凸凸透透镜镜位位置置L1L1凹凹像像位位置置BB凸像位置凸像位置B B凹透镜位置凹透镜位置L2L2物距物距-u-u像距像

11、距v vuiuivivi左左 右右平平均均左左右右平平均均B-L2B-L2B-L2B-L21 12 23 34 45 5平均值平均值vuuvfvuvufcUuB仪,cUvB仪,) 1(12,nnvvttsUniivvA) 1(12,nnuuttsUniiuuA2,2222,222,ucvcfcUuvvUuvuU2,2,c,uBuAuuuU2,2,c,vBvAvuuU2,2222,222,ucvcfcUuvvUuvuU%10068. 0,fUuPUfffccrelfc附1： 自准法测量凹透镜焦距如下图所示, L1为凸透镜,L2为凹透镜,M为平面反射镜。 调节凹透镜的相对位置, 直到物屏上出现和物

12、大小相等的倒立实像, 记下凹透镜的位置X1。再拿掉凹透镜和平面镜,则物经凸透镜后在某点处成实像(此时物和凸透镜不能动), 记下这一点的位置X2。 图 自准法测凹透镜焦距光路图 L2AFL1O1O2x1x2M12xxf操作：先对光学系统进行共轴调节,然后把凸透镜放在稍大于两倍焦距处。移动凹透镜和平面反射镜, 当物屏上出现与原物大小相同的实像时,记下凹透镜的位置读数。然后去掉凹透镜和平面反射镜,放上像屏,用左右逼近法找到F点的位置。重复测量三次,将数据填于表中, 求出f。 附2： 视差法测量凹透镜的焦距视差是一种视觉差异现象。设有远近不同的两个物体和,若观察者正对着AB连线方向看去, 则A、B是重

13、合的;若将眼睛摆动着看,则A、B间似乎有相对运动,远处物体的移动方向跟眼睛的移动方向相同, 近处物体的移动方向则相反。A、B间距离越大, 这种现象越明显(视差越大); A、B间距为零(重合), 就看不到这种现象(没有视差)。因此,根据视差的情况可以判定A、 B两物体谁远谁近及是否重合。 视差法测量凹透镜焦距时, 在物和凹透镜之间置一有刻痕的透明玻璃片, 当透明玻璃片上的刻痕和虚像无视差时, 透明玻璃片的位置就是虚像的位置。 按上图放好物屏、带痕玻片和凹透镜。正对透镜看清凹透镜中物的虚像, 调整物屏的位置和高低,使虚像的顶端正好处在凹透镜上沿。移动带痕玻片并仔细观察凹透镜内虚像的顶端和凹透镜外玻

14、片刻痕间的相对位置有无变化。当相对位置不变,即无视差时,记录下此时玻片刻痕的位置。重复测量三次, 将数据填于表中, 求出f。 图 视差法测凹透镜焦距 图 凹透镜成像光路图 实验目的2. 薄透镜成像公式薄透镜成像公式当透镜的厚度远比其焦距小得多时当透镜的厚度远比其焦距小得多时, ,这种透镜称为薄透镜这种透镜称为薄透镜。 在近轴光线的条件下在近轴光线的条件下, ,薄透镜成像的规律可表示为薄透镜成像的规律可表示为 fvu111u、v 分别为物距和像距，实物与实像时取正，虚物与虚像时取分别为物距和像距，实物与实像时取正，虚物与虚像时取负；负；f 为透镜焦距，凸透镜取正，凹透镜取负为透镜焦距，凸透镜取正，凹透镜取负 。实验原理2 2、自准直法测凸透镜焦距：、自准直法测凸透镜焦距：在物屏平面镜之间移动凸透镜，直到在物屏上找到等大倒立聚焦清晰的像，测五次五次。ABABfF0 x1x物屏LlLf4222,22,2222,24lcLcfcuLluLlLuccmcuLc08.0,仪