大学物理实验教案-测定薄透镜的焦距

实验项目教学目的

大学物理实验教测定薄透镜的焦距、掌握简单光路的分析和光学系统的共轴、等高调节方法；2、掌握测薄透镜焦距的几种方法及其原理；3、加深对镜成像规律的认识。薄镜成像公式通过透镜中心并且垂直于镜面的直线称做透镜的主光轴。近光轴光线通过薄透镜成像规律可表示为

+

v

=

f

实验原理

其中u物距（实物为正，虚物为负）v像（实像为正，虚像为负）f焦（凸透镜为正，凹透镜为负）、v、f均透镜的光心算起。由(式可知，只能测出uv则f便可求出。凸镜焦距的测量方法（1平面镜法（自准法）如图所，当物体位于凸透镜的焦平面时，物点所发出的光通过凸透镜后将成为一束平行光。如果用平面镜把这束平行光反射回去（反射光也是一束平行光反光再次通过凸透镜，则这束平行反射光将会聚成像于透镜的焦平面上。因此，通过调整凸透镜与物体之间的距离使得在物屏上能看到物体的清晰的像，那么物体与透镜的距离就是透镜的焦距。此时分别读出物体与透镜在光具座上的位置x和x，透镜焦距为1

f=x-21

。图平镜法（2物距像距法如图所，当物体置于凸透镜焦距以外，物体发出的光线经透镜折射后成像在透镜的另一侧，调节像屏（或透镜）位置，使得在像屏上得到清晰的物体的像，此时分别读出物屏，透镜及像屏在光具座上的对应位置x、x1和x。物距3

x-，距v-x213

2

。再利(1)式便可求出透镜焦距。1

图2物距像距法（3共轭(两次成像法如图所，物屏和像屏间的距L＞，保持L不，移动透镜，当它在处，像屏上出现一放大的清晰的此时物距为，距为v，当111它移到处时，像屏上出现一个缩小的清晰的像，对应两次成像时镜间的2距离为l按透镜成像公(1)式可知：在处11u

+

1L-

=

f

在处2+l

L--l

f

由(2)式、式消去f得u=

L-l2

将(4)式代入式得f=其中，L、l可测，故f可得。

lL

图共法两次成像法)用这种方法虽然较复杂，但它避免了在物距像距法中测量u、v时，由于估计光心位置不准确而带来的误差。物距像距法测定凹透镜焦距为了能用物距像距法测凹透镜的焦距，我们加进辅助凸透镜L为凹透镜12

L产生一个虚物A′B，图示。在没有凹透镜L时，物体AB经L成清21晰像′B然后在L和A′B之插入一个与L共的凹透镜L，′B对于L12来说是一个虚物，调节L的置，虚物A′B经L成实像A″B也可定性理2解为由于凹透镜发散作用会聚点将远移至A″)记A′B″和O在具座的位置X，″和X。则距2

=-X-

，像距v=X

。将、v代(式便可算出凹透镜的焦距f。教学重点与难点实验内容

图4物像距法测定凹透镜焦距1.光学系统需要共轴等高调节的原因，及其“大像追小像”的调节方法；2.测凹透镜焦距时：如何找出正确的物距；像的大小是否合理。1、调节物与凸透镜等高共轴（1先粗调：使物屏上物的中心与凸透镜中心大致在一条与光具座滑轨平行的直线上。（2后细调：采用“大像追小像”的方法，使物像共轭法的大小两像中心重合。2、用共轭测凸透镜的焦距；3、用自准测凸透镜的焦距；4.

测凸透镜的焦距：利用作图法算出焦距；测量与数据处理要求

5.用物距像距法测凹透镜的焦距。1.共轴等高的调节：大小像中心是否完全重合；2.长度的测量，有效数字：是否估读到mm下一位；3.用物距像距法测凸透镜的焦距：作图是否正确；4.凸（凹）透镜焦距的测量：是否在误差范围内。3

1.为什么实物经会聚透镜两次成像时，必须使物体与像屏之间的距思考题

离

D

大于透镜焦距的倍？实验中如果

D

选择不当，对焦距的测量参考资料

有何影响？2.为什么采“大像追小像的方法，来调节光具组的共轴等高？《大学物理实验》——马马宋设施洋主编《大学物理实验指导》——丁滢陈之前主编《物理实验教程》——丁慎训张芳主编《大学物理实验》——霍青吴泳华等主编一、预及操作评分准预习部评分标准(共)

实验目的(5)实验仪器(5)实验原理：文字叙述5分要式5分理图（5分共轴等高：粗(5分)；细调(5分评分标准

共法测透镜焦距的优点（5分操作评标准（共60分）．．．．．

仪器操作是否规范（分）调共轴等高（10）凸透镜：共轭法（10分面镜法（10距距法（10分）凹透镜分实验完毕，仪器是否整理（5分二、实报告评分标1．凸透：共轭（30分）（1）大小像位置颠倒：扣分；（2）共轭法测凸焦距，偏差：且0.5扣：5，扣：10cm:扣152．平面法（）焦距：5；其余每格3分3．物