薄透鏡焦距的測量實驗報告(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上南昌大學物理實驗報告 課程名稱： 大學物理實驗 實驗名稱： 透鏡焦距測量與光學設計 學院： 信息工程學院 專業(yè)班級： 電子信息工程152班 學生姓名： 學號： 實驗地點： 609 座位號： 15號 實驗時間： 第1周星期三下午15.45點開始 一、實驗綜述1、實驗目的及要求（1）了解對簡單光學系統(tǒng)進行共軸調(diào)節(jié)（2）學會用自準直法測量薄凸透鏡的焦距（3）學會用位移法測量薄凸透鏡的焦距（4）學會用物距-像距法測量薄凸透鏡的焦距（5）學會用物距-像距法測凹透鏡的焦距2、實驗儀器、設備或軟件光具座，凸透鏡，凹透鏡，光源，物屏，平面反射鏡，水平尺和濾光片等二、實驗過程（實驗步驟

2、、記錄、數(shù)據(jù)、分析）（1）觀測依據(jù)1自準直法測薄凸透鏡的焦距根據(jù)焦平面的定義，用右圖所示的光路，可方便地測出凸透鏡的焦距 f = | xl - x0 |2物距像距法測凸透鏡焦距在傍軸光線成像的情況下，成像規(guī)律滿足高斯公式 如圖所示，式中u和v分別為物距和像距，f為凸透鏡焦距，對f求解，并以坐標代入則有= (xoxLxi)xo和xL取值不變(取整數(shù))，xi取一組測量平均值。3位移法測透鏡焦距 (亦稱共軛法、二次成像法)如右圖所示，當物像間距 D 大于 4 倍焦距即D > 4 f 時，透鏡在兩個位置上均能對給定物成理 想像于給定的像平面上。兩次應用高斯公式并以幾何關(guān)系和坐標代入，則得到xo和

3、xi取值不變(取整數(shù))，xL1和xL2各取一組測量平均值。4用物距-像距法測凹透鏡的焦距BF1XiXoXLA1A2A1A2B1F2AL1L2B!B2在上圖中：L1為凸透鏡，L2為凹透鏡，凹透鏡坐標位置為XL，F(xiàn)1為凸透鏡的焦點，F(xiàn)2為凹透鏡的焦點，AB為光源，A1B1為沒有放置凹透鏡時由凸透鏡聚焦成的實像，同時也是放置凹透鏡后凹透鏡的虛物，坐標位置為XO，A2B2為凹透鏡所成的實像，坐標位置為X i。對凹透鏡成像，虛物距u=XL-Xo，應取負值(xLxo)；實像距v=Xi-XL為正值(xLxi)；則凹透鏡焦距f2為：0 (凹透鏡焦距為負值!)xL取值不變，xo和xi各取一組測量平均值。（2）實

4、驗步驟：1自準直法測凸透鏡焦距如圖1布置光路，調(diào)透鏡的位置，高低左右等，使其對物成與物同樣大小的實像于物的下方，記下物屏和透鏡的位置坐標 x0 和 x L 。2物距像距法測凸透鏡焦距如圖2布置光路，固定物和透鏡的位置，使它們之間的距離約為焦距的 2 倍；移動像屏使成像清晰； 調(diào)透鏡的高度，使物和像的中點等高；左右調(diào)節(jié)透鏡和物屏，使物與像中點連線與光具座的軸線平行；用左右逼近法確定成理想像時，讀像屏的坐標。重復測量 5 次。3用位移法進行共軸調(diào)節(jié)參照圖3布置光路，放置物屏和像屏，使其間距 D > 4 f ，移動透鏡并對它進行高低、 左右調(diào)節(jié)，使兩次所成的像的頂部（或底部）之中心重合，需反復

5、進行數(shù)次調(diào)節(jié)，方能達到共軸要求。4位移法測焦距在共軸調(diào)節(jié)完成之后，保持物屏和像屏的位置不變，并記下它們的坐標 x0 和xi ，移動透鏡，用左右逼近法確定透鏡的兩次理想位置坐標 x L1 和 x L 2 。測量5次。5用物距像距法測量凹透鏡的焦距，要求測三次。6組裝顯微鏡并測其放大率。數(shù)據(jù)記錄和處理1自準直法物和像的位置坐標 x0 （mm）134.00透鏡的位置坐標 x L （mm）113.60 根據(jù)公式：f = | xl - x0 |=1952物距像距法物坐標 x0 =134.00mm 透鏡坐標 x L = 125.20 mm xi的測量平均值為 118.20 mm專心-專注-專業(yè)測量結(jié)果用不

6、確定度表示： =195.7 (xoxLxi)上式中，xo，xL，xi是直接測量量，f是間接測量量，合成不確定度傳遞公式為：直接測量量xo，xL，xi的合成不確定度 s x0 、 s xL 和 s xi 計算如下：因為 x0 和 x L 都只測量了一次，只有非統(tǒng)計不確定度，即s x0 =s xL =u x0 = u xL = D 儀=0.58xi 是多次測量量，其統(tǒng)計A類不確定度為 =0.23 (測量次數(shù)k為5次)非統(tǒng)計B類不確定度為uxi = D 儀=0.58式中的 D 儀 是光具座上米尺的儀器誤差。這里說明一點，在分析 x0 、 xi 和 x L 的非統(tǒng)計不確定度時，除了儀器誤差引起的不確定

7、度外，為簡單起見，我們把儀器誤差取為儀 =1mm（按規(guī)定米尺應為 0.5mm），就不再計算讀數(shù)引起的不確定度了。xi 的合成不確定度為： =0.62 這樣計算出來的焦距f不確定度的置信概率為68.3%。根據(jù)公式計算出 f=1.65所以用不確定值表示為：f=195.17+1.65(mm) 3共軛法測量薄凸透鏡的焦距物坐標 x0 = 134.00 (mm） 像坐標 xi = 101.40 (mm） 數(shù)據(jù)處理只要計算出凹透鏡焦距 f 的平均值就可以了。根據(jù)公式得f的平均值為：=mm4用物距-像距法測凹透鏡的焦距凹透鏡L2坐標 xL = 134.00 (mm） 數(shù)據(jù)處理只要計算出凹透鏡焦距 f 的平均值就可以了。根據(jù)公式得：=432.00三、結(jié)論1、實驗結(jié)果（1）用自準值法測得凸透鏡的焦距為：（2）物距像距法測得凸透鏡的焦距為：用不確定值表示為：f= (mm)（3）位移法測量薄凸透鏡的焦距為：（4）用物距-像距法測凹透鏡的焦距為：2、分析討