薄透镜焦距的测定

1、.袈羂薄螄羀芇蒀螄肃肀莆螃螂芆节荿袅聿膈蒈羇芄蒆蒈蚆肇莂蒇蝿节莈蒆羁肅芄蒅肃羈薃蒄螃膃葿蒃袅羆莅蒂羈膂芁薂蚇羅膇薁螀膀蒆薀袂羃蒂蕿肄芈莇薈螄肁芃薇袆芇腿薆罿聿蒈薆蚈芅莄蚅螀肈芀蚄袃芃膆蚃羅肆薅蚂螅衿蒁蚁袇膄莇蚀罿羇芃蚀虿膃腿虿螁羅蒇螈袄膁莃螇羆羄艿螆蚆腿芅螅袈羂薄螄羀芇蒀螄肃肀莆螃螂芆节荿袅聿膈蒈羇芄蒆蒈蚆肇莂蒇蝿节莈蒆羁肅芄蒅肃羈薃蒄螃膃葿蒃袅羆莅蒂羈膂芁薂蚇羅膇薁螀膀蒆薀袂羃蒂蕿肄芈莇薈螄肁芃薇袆芇腿薆罿聿蒈薆蚈芅莄蚅螀肈芀蚄袃芃膆蚃羅肆薅蚂螅衿蒁蚁袇膄莇蚀罿羇芃蚀虿膃腿虿螁羅蒇螈袄膁莃螇羆羄艿螆蚆腿芅螅袈羂薄螄羀芇蒀螄肃肀莆螃螂芆节荿袅聿膈蒈羇芄蒆蒈蚆肇莂蒇蝿节莈蒆羁肅芄蒅肃羈薃蒄螃膃葿

2、蒃袅羆莅蒂羈膂芁薂蚇羅膇薁螀膀蒆薀袂羃蒂蕿肄芈莇薈螄肁芃薇袆芇腿薆罿聿蒈薆蚈芅莄蚅螀肈芀蚄袃芃膆蚃羅肆薅蚂螅衿蒁蚁袇膄莇蚀罿羇芃蚀虿膃腿虿螁羅蒇螈袄膁莃螇羆羄艿螆蚆腿芅螅袈羂薄螄羀芇蒀螄肃肀莆螃螂芆节荿袅聿膈蒈羇芄蒆蒈蚆肇莂蒇蝿节莈蒆羁肅芄 实验25 薄透镜焦距的测定教学目标了解简单光路的调整原则与方法“同轴等高”调节； 研究透镜成像的基本规律；掌握几种测定薄透镜焦距的实验方法，并比较它们的优缺点。重点与难点重点：掌握透镜焦距测量的几种方法。难点：仪器调整和测量。实验内容光具座上各光学元件“等高同轴”调整；薄凸透镜焦距f（分别用“自准直法”、“物距像距法”、“贝塞尔法”测量）；薄凹透镜焦距f；

3、实验数据处理计算。教学方法讨论、启发、指导方式教学。教学过程设计一。讨论1 本实验介绍的测量薄凸透镜的方法有几种？请画出光路图。本实验介绍的测量薄凸透镜的方法有：（1）自准直法 M物A像AL f自准直法 光路图如下图所示。当物体A处在凸透镜的焦距平面时，物A上各点发出的光束，经透镜后成为不同方向的平行光束。若用一与主光轴垂直的平面镜将平行光反射回去，则反射光再经透镜后仍会聚焦于透镜的焦平面上，此关系就称为自准直原理。所成像是一个与原物等大的倒立实像A。所以自准直法的特点是，物、像在同一焦平面上。自准直法除了用于测量透镜焦距外，还是光学仪器调节中常用的重要方法。 （2）物距像距法物屏P凸透镜L像

4、屏Nvuf物距像距法 光路图如下图所示。因为凸透镜可以成实像，所以可以测出物距u和像距v后，代入透镜成像公式即可算出凸透镜的焦距。 （）贝塞尔法 （共轭成像法） 光路图如下图所示。由凸透镜成像规律可知，如果物屏与像屏的相对位置l保持不变，而且l>4f，当凸透镜在物屏与像屏之间移动时，可实现两次成像。透镜在x1位置时，成倒立、放大的实像，；透镜在x2位置时，成倒立、缩小的实像。实验中，只要测量出光路图中的物屏与像屏的距离l和透镜两次成像移动的距离d，代入下式就可算出透镜的焦距。 2 如何测量凹透镜的焦距？凹透镜是发散透镜，所成像为虚像，不能用像屏接收。为了测量凹透镜的焦距，常用辅助凸透镜与

5、之组成透镜组，使能得到能用像屏接收的实像。其测量原理如下光路图所示。测量凹透镜焦距O1O2ABvL1uBL2AAB 实物AB经凸透镜L1成像于AB。在L1和AB之间插入待测凹透镜L2，就凹透镜L2而言，虚物AB又成像于AB。实验中，调整L2及像屏至合适的位置，就可找到透镜组所成的实像AB。因此可把O2A看为凹透镜的物距u，O2A看为凹透镜的像距v，则由成像公式可得 （虚物的物距为负） 由于u < v，求出的凹透镜L2的焦距f 为负值。 3实验测试前，如何调整“共轴等高”？ 可分两步进行。 粗调： 先将透镜等元器件向光源靠拢，调节高低、左右位置，凭目视使光源、物屏上的透光孔中心、透镜光心、

6、像屏的中央大致在一条与光具座导轨平行的直线上，并使物屏、透镜、像屏的平面与导轨垂直。 细调：利用透镜二次成像法来判断是否共轴，并进一步调至共轴。当物屏与像屏距离大于4f时，沿光轴移动凸透镜，将会成两次大小不同的实像。若物的中心P偏离透镜的光轴，则所成的大像和小像的中心P和P将不重合，但小像位置比大像更靠近光轴（如下图所示）。就垂直方向而言，如果大像中心P高于小像中心P，说明此时透镜位置偏高（或物偏低），这时应将透镜降低（或把物升高）。反之， 如果P低于P，便应将透镜升高（或将物降低）。调节时，以小像的中心位置为参考，调节透镜（或物）的高低，逐步逼近光轴位置。当大像中心P与小像中心P重合时，系统

7、即处于共轴状态。PPP>4f当有两个透镜需要调整（如测凹透镜焦距）时，必须逐个进行上述调整，即先将一个透镜（凸）调好，记住像中心在屏上的位置，然后加上另一透镜（凹），再次观察成像的情况，对后一个透镜的位置上下、左右的调整，直至像中心仍旧保持在第一次成像时的中心位置上。注意，已调至同轴等高状态的透镜，在后续的调整、测量中绝对不允许在变动。4实验中，用什么测量方法确定清晰像的位置？能够正确判断成像的清晰位置是光学实验获得准确结果的关键，为了准确地找到像的最清晰位置，可采用左右逼近法读数。先使像屏从左向右移动，到成像清晰为止，记下像屏位置，再自右向左移动像屏，到像清晰再记录像屏位置，取其平均作

8、为最清晰的像位。二、预习检查提问问题：1本实验指导书介绍了几种测量透镜焦距的方法？2什么是“自准直法”？它的光路成像有什么特点？ 3实验中，“同轴等高”调节可用什么方法进行细调的？ 4用什么方法确定清晰像的位置？5你设计的数据记录表格能体现“左、右逼近法”判断清晰像位置的思想吗？6已知凸透镜焦距为f，要用此透镜成一物体放大的实像，物体应放在离透镜中心多远的地方？成缩小的实像时，物体又应放在多远的地方？三课后思考题1用自准直法测凸透镜的焦距时，平面镜M起什么作用？M离透镜远近不同，对成像有无影响？提示：没有平面反射镜能不能在物屏上成像？平面反射镜的远近对所成像的清晰度和亮度有没有影响？2从“自准

9、直法”光路图，我们知道，物距、像距和焦距三者是相等的，如果把三个量代入透镜成像公式会出现什么情况？满足薄透镜成像公式吗？请给予解释。3为何在测凹透镜焦距时，先使凸透镜成一缩小的实像？当放上凹透镜后，这个像位于凹透镜的焦点之外还是之内？为什么？4使用1字物屏、平面反射镜、凸透镜、白屏各一块，设计一个用自准直法测量凹透镜的实验，作出光路图，写出实验原理。提示：依据自准直法的成像特点和借助凸透镜测凹透镜焦距的方法。5在“贝塞尔法”测量中，为什么要求l 4f ，等于或小于行不行？请给予解释。 提示：从光路图有u+v= l ，把此式联立透镜成像公式，消去变量u，解出v的表达式来分析。6如何推出“贝塞尔法

10、”测量的透镜焦距f的计算公式？提示：根据上题可得到u1=v2和u2=v1，然后根据光路图可求出u1=（l-d）/2和v1=l-u1=（l+ d）/2，最后代入成像公式并整理便可得到f的实验测量公式（4-25-2）。7在应用“共轭法”测量凸透镜焦距时，要求l 4f ，那么l大多少才好？是不是越大越好？提示：根据“共轭法”测量透镜焦距f的计算公式，求出不确定度传递公式来分析。 莇袅螀莅莆蚅羅莁莅螇袈芇莄袀肄膃莃蕿袆聿莃蚂肂莇莂螄袅芃蒁袆肀腿蒀薆袃肅葿螈聿肁蒈袀羁莀蒇薀膇芆蒇蚂羀膂蒆螅膅肈蒅袇羈莇薄薇螁芃薃虿羆腿薂袁蝿膅薁薁肄肁薁蚃袇荿薀螆肃芅蕿袈袆膁蚈薈肁肇蚇蚀袄莆蚆螂聿节蚆羄袂芈蚅蚄膈膄芁螆羀肀芀衿膆莈艿薈罿芄艿蚁膄膀莈螃羇肆莇袅螀莅莆蚅羅莁莅螇袈芇莄袀肄膃莃蕿袆聿莃蚂肂莇莂螄袅芃蒁袆肀腿蒀薆袃肅葿螈聿肁蒈袀羁莀蒇薀膇芆蒇蚂羀膂蒆螅膅肈蒅袇羈莇薄薇螁芃薃虿羆腿薂袁蝿膅薁薁肄肁薁蚃袇荿薀螆肃芅蕿袈袆膁蚈薈肁肇蚇蚀袄莆蚆螂聿节蚆羄袂芈蚅蚄膈膄芁螆羀肀芀衿膆莈艿薈罿芄艿蚁膄膀莈螃羇肆