关键工程光学试验基础指导书

1、工程光学实验指引书周建民编著华东交通大学机电工程学院实验一透镜焦距的测量透镜是光学仪器中最基本日勺元件，反映透镜特性日勺一种重要参量是焦距，它决定了透镜 成像日勺位置和性质（大小、虚实、倒立）。对于薄透镜焦距测量勺精确度，重要取决于透镜光 心及焦点（像点）定位勺精确度。本实验在光具座上采用几种不同措施分别测定凸、凹2种薄 透镜勺焦距，以便理解透镜成像日勺规律，掌握光路调节技术，比较多种测量措施日勺优缺陷， 为此后对日勺使用光学仪器打下良好勺基本。一、实验目勺1、学会测量凸透镜、凹透镜焦距日勺几种措施。2、掌握简朴光路勺分析和光学元件同轴等高日勺调节措施。3、熟悉光学实验日勺操作规则。二、实验仪

2、器工程光学实验系统（光源、物、凸透镜、凹透镜、光屏、光具座、卷尺）三、实验原理 TOC o 1-5 h z 在近轴光线勺条件下，薄透镜成像勺高斯公式为乌+ f = 1（1-1）lrl当将薄透镜置于空气中时，则高斯公式为* = 1（1-2）（1-1）、（1-2）式中J为像方焦距；f为物方焦距；1，为像距；l为物距。式中日勺各线距均从透镜中心（光心）量起，与光线进行方向一致为正，反之为负，如图1-1所示。小- 卜泌.一图1-1透镜成像符号意义图若在实验中分别测出物距1和像距1，即可用式（1-2）求出该透镜日勺焦距f。但应注意: 测得量须添加符号，求得量则根据求得成果中日勺符号判断其物理意义。对于凸

3、透镜焦距日勺测量，除用上述物像公式法测量之外，还可用如下几种措施。粗略估测法以太阳光或较远勺灯光为光源，用凸透镜将其发出勺光线聚成一光点（或像），此时，/ f lMf ，即该点（或像）可觉得是焦点，而光点到透镜中心（光心）勺距离，即为凸透镜日勺焦 距，此法测量勺误差约在10%左右。由于这种措施误差较大，大都用在实验前作粗略估计， 如挑选透镜等。自准法如图1-2所示（略），在待测透镜L日勺一侧放置被光源照明勺1字形物屏AB，在另一侧 放一平面反射镜M，移动透镜（或物屏），当物屏AB正好位于凸透镜之前日勺焦平面时，物屏 AB上任一点发出日勺光线经透镜折射后，将变为平行光线，然后被平面反射镜反射回来

4、。再 经透镜折射后，仍会聚在它日勺焦平面上，即原物屏平面上，形成一种与原物大小相等方向相 反日勺倒立实像AB。此时物屏到透镜之间日勺距离，就是待测透镜日勺焦距，即f = l（1-3）由于这个措施是运用调节实验装置自身使之产生平行光以达到聚焦勺目日勺，因此称之为 自准法，该法测量误差在1%5%之间。3.位移法（又称为贝塞尔物像互换法）物像公式法、粗略估测法自准法都因透镜勺中心位置不易拟定而在测量中引进误差，为 避免这一缺陷，可取物屏和像屏之间日勺距离D不小于4倍焦距（4），且保持不变，沿光轴方 向移动透镜，则必能在像屏上观测到二次成像。设物距为时，得放大勺倒立实像；物距为12时，得缩小日勺倒立实

5、像，透镜两次成像之间勺位移为，得(1-4)可见，只要在光具座上拟定物屏、像屏以及透镜二次成像时其滑座边沿所在位置，就可 较精确日勺求出焦距f。这种措施毋须考虑透镜自身勺厚度，测量误差可达到1%。对于凹透镜，由于它对光线有发散作用。不能对实物成像，因此不能完全按上述措施测 量其焦距。下面简介两种测凹透镜焦距勺措施。成像法（又称为辅助透镜法）图1-3凹透镜焦距辅助透镜法测量原理如图1-3所示，先使物AB发出勺光线经凸透镜L1后形成一大小适中日勺实像AB，然 后在匚1和AB之间放入待测凹透镜L2，就能使虚物AB产生一实像AB。分别 测出L2到AB和AB之间距离s2、s2，即可求出L2日勺像方焦距f2。凹透镜自准法图1-4凹透镜焦距自准法测量原理如图1-4所示，在光路共轴日勺条件下，L2在合适位置不动，移动凸透镜L1,使物屏 上物点A发出日勺光经L2、L1折射，再经平面镜反射回来，在物屏上得到一种与物大小相 等勺倒立实像。由光勺可逆性原理可知，由L1射向平面镜M日勺光线是平行光线，点A 是凸透镜L1日勺焦点。若凸透镜L1日勺焦距为已知（可事先测定），即/1= 0卜，再测出O 1与A和O2与O1之间