薄透镜焦距的测量

1、大学物理普通物理实验薄透镜焦距的测量实验报告内容包含：实验目的、实验仪器、实验原理，实验内容、实验步骤、实验数据整理与 归纳（数据、图表、计算等）、实验结果分析、实验思考题、实验心得。【实验目的】通过基本光学 仪器，了解光学基本操作 规程；学习简单光学系统的共轴等高调节方法；学习用自准法、共轭法、辅助透镜成像法等 测量透镜焦距；观察透镜成像，加深对薄透镜成像规律的理解。【实验仪器】光具座、凸透镜、物屏、像屏、平面镜、钠光灯和读数小灯（或手电筒）等。【实验原理】薄透镜成像公式当透镜的厚度与其焦距相比甚小时，这种透镜称为薄透镜。在近1轴光线（指通过透镜中心部分并与主光 轴夹角很小的那一部分光 线）

2、的条件下，薄透镜成像公式 为1 = 1+1（3-1）fuv1式（3-1）中为薄透镜的焦距，u 为物距，v 为像距，f、u、v 均从透镜f的光心算起，其正负号的规定如下表。参量fuV正号（+）凸透镜实物实像负号（-）凹透镜虚物虚像为方便计算，将透镜成像公式 变形为f= uv（3-2）u + v凸透镜焦距的测量原理及 测量方法（1）物距像距法物体发出的光线经凸透镜会聚后将成 实像与另一 侧，测出此时的物距 u 和像距 v，由透镜成像公式（3-2）算出凸透镜的焦距。2（2）自准法（平面镜法）根据光的可逆性 测定凸透镜的焦距，如图 3-1 所示。以狭缝光源 s作为物，并置于凸透镜的焦平面 时，由s发出

3、的光通 过凸透镜后将成为一束平行光束。若用与凸透 镜主光轴垂直的平面 镜，将此平行光沿原来的路线反射回去。反射光再次通 过凸透镜后，仍会聚与凸透镜打的焦平面上。测出此时物 s与凸透镜之间的距离 so,这就是凸透 镜的焦距 f。此方法是利用调节实验 装置本身，使之产生平行光，以达到调节目的，所以称为自准法。图 3-1 自准法测焦距图 3-2 共轭法测焦距（3）共轭法（二次成像法）如 3-2 所示，当物像间距 D 大于 4 倍焦距 f,即 D4f 时，透镜在两个位置上均能 对给定物成理想像于 给定的像平面上。两次应用高斯公3式并以几何关系和坐 标代入，则得到（3-3）xo和xL取值不变(取整数 )

4、，取一组测量平均值。xi【实验内容】简单光学系统的共轴等高调节（1）粗调：将光源透镜物屏、像屏靠近，调节高度使其中心 线处于一条直线上。（2）细调：主要依靠仪器和光学成像 规律来鉴别和调节 。可以利用多次成像的方法，即只有当物的中心位于光轴上时，多次成像的中心才会重合。凸透镜焦距的测定1）自准法（1）按光源、物屏、透镜、平面镜从左到右 摆放仪器，调至共轴。（2）靠紧尺子移动 L 直至物屏上 获得镂空图案倒立实像。（3）调平面镜与凸透镜，使像最清晰且与物等大，充满同一圆面积。4（4）记下 P、L 位置 a1、a2;（5）将PL 反转 180 度后，重复前四步。（6）记下 P、L 新的位置 b1、

5、b2.重复测量 5 次，数据记入表中，求出平均值机器误差，正确表示测量结果。2)共轭法按照图 3-2 固定好物屏、像屏，使两者距离 D 应大于 4f。根据式（3-3）计算焦距 f ，并与自准法结果相比较。3）物距像距法如图 3-3 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。5图 3-3 物距像距法 测凸透镜焦距【实验数据整理与 归纳】（1）自准法测凸透镜的焦距（左右迫近法）物屏所在位置：109

6、cm单位：cm自左向右自右向左物焦测刚物刚物屏与透距 f 的量次数清晰成屏与透清晰成屏与透镜距离平均值像的读镜距离像的读镜距离平均值数（SO）数（SO）（即焦距 f）199.9.699.9.79.64359.6299.9.799.9.69.65345399.9.899.9.59.6255499.9.999.9.49.66165599.1099.9.39.6075（2）共轭法测凸透镜焦距物像物测透透大平焦屏位屏位像距量次镜位镜位小像均值距（f）置置离L数置置距离CC19811644.70.64.11109.26.929810.562.34.24.40.53.939814.80.14.749814.80.74.159814.40.24.27（3）物距、像距法测凸透镜焦距物屏的位置：114.7cm像屏位置：74.1cm单位：cm凸测物像焦平透镜量次距距（v）距（） 均f位数（u）值置98.112985.94.7.679992129.65.74.9.6399.312915.65.0.6199.412935.45.2.5699.512945.35.3.53【实验心得】