《凸透镜焦距的测定》实验指导和报告要求

《凸透镜焦距的测定》实验指导和报告要求一、实验目的1、了解透镜成像的原理及成像规律；2、学会光学系统共轴调节，了解视差原理的实际应用；3、掌握薄透镜焦距的测量方法，会用左、右逼近法确定像最清晰的位置，测量凸透镜；4、能对实验数据进行不确定度处理，写出合格的实验报告。二、实验原理薄透镜是透镜中最基本的一种，其厚度较自身两折射球面的曲率半径及焦距要小得多，厚度可忽略不计，在近轴条件下，物距 u、像距 、焦距 f满足高斯公式：1 1 1u f符号规定：距离自参考点（薄透镜的光心）量起，与光线进行方向一致时为正，反之为负。1、物像法物屏P 凸透镜L 像屏Nfu v物距像距法光路如上图所示，测出物距和像距后，代入透镜成像公式即可算出凸透镜的焦距。2、共轭法（贝塞尔法、位移法）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

D和透镜两次成像移动的距离

L

，代入下式就可算出透镜的焦距。f

D2

L24D三、实验仪器带标尺的光具座一台，凸透镜一块，箭矢物屏，带电源小灯泡一个，光屏一个，光学元件底座和支架各4个。四、实验内容与步骤（一） 光学系统的共轴调节先利用水平尺将光具座导轨在实验桌上调节成水平， 然后进行各光学元件同轴等高的粗调和细调，直到各光学元件的光轴共轴，并与光具座导轨平行为止。1、粗调将小灯泡、箭矢物（小灯泡与箭矢物的距离大于40厘米）、凸透镜、白屏等光学元件放在光具座上，使它们尽量靠拢，用眼睛观察，进行粗调（升降调节、水平位移调节）,使各元件的中心大致在与导轨平行的同一直线上，并垂直于光具座导轨。2、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。 若两个像的中心重合，表示已经共轴；若不重合，以小像的中心位置为参考（可作一记号），调节透镜（或物，一般调透镜）的高低或水平位移，使大像中心与小像的中心完全重合，调节技巧为大像追小像，如下图所示。BAO

BAA

OB图a表明透镜位置偏低（或物偏高），这时应将透镜升高（或把物降低）。而在图 b情况，应将透镜降低（或将物升高）。水平调节类似于上述情形。注意，已调至同轴等高状态的透镜在后续的调整、测量中绝对不允许再变动。（二） 凸透镜焦距的测定用物像法共轭法测量凸透镜焦距。1、物像法1）先用粗略估计法测量待测凸透镜焦距，然后将物屏和像屏放在光具座上，使它们的距离略大于粗测焦距值的4倍，在两屏之间放入透镜，调节物屏、透镜和像屏共轴，并与主光轴垂直，记录物屏、像屏位置。2）用“左右逼近法”移动透镜找出其成清晰倒立实像的范围坐标位置

x左与

x右，重复测五次。2、共轭法1）将物屏和像屏在光具座上的距离调为粗测焦距值的略

5倍，在两屏之间放入透镜，调节物屏、透镜和像屏共轴，并与主光轴垂直，记录物屏、像屏位置。2）用“左右逼近法”移动透镜测成放大像时透镜的坐标位置

x左与

x右及成小像时的坐标位置x'左与

x'右,

重复测五次。五、数据记录与数据处理1、物像法测凸透镜的焦距表一x物x屏（单位：cm）次数23451项目x左x右xi (x左 x右）/25xix5i1uxx物xx屏fuvuv52x-xiUAXi1551取1mm，则UBX仪，仪3从而UuUvUAX22UBX2f2fu2∵)2u(u（u）2f22UuUf2f2u4v4uUuUu2vffUf12.230.01cm2、共轭法测凸透镜的焦距表二x物x屏（单位：cm）次数2345项目1x左x右xi (x左 x右）/2x左'x右''''）xi(x左x右/2x5xi5xiLxxD1x屏x物5x5i1i1fD12L24D15x)25(xi'x')2(xi2222222222i10.090.070.04i10.070.130.010.120.010.180.09UAx5(51)UAx'205(51)0.043cm200.052仪，从而ULUAx2UAx2UBx20.04320.05220.0172取仪1mm，则UBX220.07c3LLUL15.250.07cmUD22，220U.02cmD53.500.02cmUBx0D.017D111fLf1L2L2DD41D222112UffUD