透镜焦距的测定实验报告

1、电子科技大学实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：科技实验大楼104室实验时间:一、实验室名称：透镜焦距的测定二、实验项目名称：透镜焦距的测定三、实验学时：3学时四、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

2、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) 位移法u 时，观察屏上得到一个缩小的清晰的像。根据几何关系为u时，观察屏上得到一个放大的清晰的像；当它距离物为 和光的可逆性原理，

3、得图3位移法测焦距u v = u v = D u-u = v-v=du =v v =u代入式（3-20-2 ）得2 , 2D -df 二4D从上式可知，只要测得物屏与观察屏之间的距离D和两次成像透镜之间的距离 d,即可求出凸透镜的焦距 f。这种方法把焦距的测量归结于对可以精确测定的量D和d的测量，避免了确定凸透镜光心位置不准带来的困难。五、实验目的：测凸薄透镜焦距。六、实验内容：1 .共轴调节。2用自准直法测凸透镜的焦距。3用物距像距法测凸透镜的焦距。4用位移法测凸透镜的焦距。七、实验器材（设备、元器件）：光具座，光源，透镜架，1字矢孔屏，观察屏，凸透镜，凹透镜;八、实验步骤:1 .共轴调节参

4、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，使两次所成的像达到要求。图4的顶部（或底部）之中心重合，需反复进行数次调节，方能2自准直法测焦距如图1布置光路，调透镜的位置，高低左右等，使其对的实像于物的下方，记下物屏和透镜的位置坐标x0和xL。3物距一一像距法测焦距如图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。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，

5、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。九、实验数据及结果分析：1.自准直法物(像)位置坐标x0 (mm)350.0透镜的位置坐标xL (mm)544.0f =|Xj x0 |= 194.0mm2 物距一一像距法物坐标x0 = 350.0 mm 透镜坐标xL = 686.0 mm像屏位置测量次数12345左逼近读数(mm)1131.01128.01140.01136.01133.6右逼近读数 “(mm)1124.81125.01131.01128.01129.8XI =L(x： +xi)2(mm)1127.91126.51135.

6、51132.01131.7测量结果用不确定度表示:I X - X| |X0XlXiK;6l丿cXlXI_ (怡-X|)(Xl -X)-( -Xl)(Xl -Xi)(X0 -Xi)2二仇-区十)=0.72mmX0 Xif -(x0 -Xl)-0.56mmX0 -X|上式中，完成不确定度二x0、匚xL和二xi计算如下:区我781mmX0 一 Xi因为x0和xL都只测量了一次，只有非统计不确定度，即c 0 = u =.:仪、3 = ；l = u l =0.58mmXi是多次测量，其统计不确定度为非统计不确定度为Xi的合成不确定度为$2 =迟(Xii Xi)2/k(k1) = 2.6mm5 = u：仪

7、、3 = u0 = uL = 0.58mm22二 i 二.Sju；2.6mmr f = 1.5mmf = 191.4 z 1.5mm3.位移法按下表记录数据:测量次数透镜第一位置透镜第二位置xL1 (mm)(左逼近)xL1 (mm)(右逼近)XL1 = = (XL1 +XL1)2xL2 (mm)(左逼近)xL； (mm)(右逼近)XL2 =丄(X【2 +XL2)21630.0624.2627.1968.2964.2966.2物坐标x0 (mm)350.0像坐标X(mm)1250.02D2-d4D_ (Xi X。)2 (Xl2 Xl1)24| Xi -X0 |=193.1mm十、实验结论:测出了凸透镜的焦距。十一、总结及心得体会：只有当各光学元件，如光源、发光物(矢孔屏)、透镜等的主光轴重合时，薄透镜成像公式在