清華大學(xué)物理實驗A1透鏡焦距的測量實驗報告材料

1、word清華大學(xué)透鏡焦距的測量實驗物理實驗完整報告班級某某學(xué)號結(jié)稿日期：透鏡焦距的測量實驗報告、實驗?zāi)康? .加深理解薄透鏡的成像規(guī)律；2 .學(xué)習(xí)簡單光路的分析和調(diào)節(jié)技術(shù)主要是共軸調(diào)節(jié)和消視差；3 .學(xué)習(xí)幾種測量透鏡焦距的方法。二、實驗原理1.薄透鏡成像規(guī)律：薄透鏡是指中央厚度d比透鏡焦距f小很多的透鏡。分為凹透鏡和凸透鏡。在近軸光線條件下，薄透鏡的成像規(guī)律為：12fpqyqyp式中，為線放大率，其余各個物理量正負作如下規(guī)定:物理量符號一正負物距p實物虛物像距q實物虛物焦距f凸透鏡凹透鏡物的大小y光軸之上光軸之下像的大小y光軸之上光軸之下本實驗中采用薄透鏡，因此p和q都是從光心算起。在本實驗中

2、，為了盡可能滿足近軸條件,常采取兩個措施：（1）在透鏡前加一光闌以擋住邊緣光線；（2）調(diào)節(jié)各元器件使之共軸。以凸透鏡為例，薄透鏡成像規(guī)律如圖1所示。圖1凸透鏡成像規(guī)律2.共軻法測凸透鏡的焦距原理:如圖2,使得物與屏距離b4f并保持不變，令Q和。2間的距離為a,物到像的距離為b,如此根據(jù)共軻關(guān)系，有Piq2和P2q。進而推得:22fba4b測量出a和b即可求得焦距f。圖2共軻法測量凸透鏡焦距3 .焦距儀測凸透鏡焦距原理：如如下圖3,由幾何關(guān)系，知：tan0,tanX且tantan0,所以，fxfoffxy式中f為平行光管武警的焦距，為給出值。y為用測微目鏡測得的同一對平行線的像的距離，fx為待測

3、凸透鏡的焦距。圖3焦距儀光路圖4 .自準法測凹透鏡焦距原理：如圖4,物屏上的箭矢AB經(jīng)過凸透鏡Li后成實像AB,圖中O1F1G為L的焦距?，F(xiàn)將待測凹透鏡L2置于L,與AB之間，此時AB成為L2的虛物。假如虛物AB正好在L2的焦平面上，如此從L2出射的光將是平行光。假如在L2后面垂直于光軸放置一個平面鏡，如此該平行光經(jīng)反射并依次通過L2和L,最后必然在物屏上成實像AB。這時，分別測出L2的位置。2與虛物AB的位置F,如此O2F就是待測凹透鏡的焦距f。12 / 10圖4自準法測量凹透鏡焦距光路圖5 .薄凹透鏡成像規(guī)律的研究5,先用凸透為了使得從凹透鏡出射的光線會聚并成實像，應(yīng)當使用虛物。因此，如如

4、下圖鏡成實像，再在實像和凸透鏡之間插入凹透鏡，左右移動光屏，找到清晰的實像。三、實驗儀器本實驗的實驗儀器有：導(dǎo)軌，滑塊，焦距儀平行光管，測微目鏡，物屏，像屏，凸透鏡,凹透鏡，平面鏡等。四、數(shù)據(jù)記錄和處理從待測凸透鏡處通過同時等速地移動物屏和像屏直至成清晰的和物體等大的實像為止,粗測得2f31.00cm,所以粗略估計待測凸透鏡的焦距為f15.50cm。1 .共輾法測凸透鏡焦距物屏位置P100.00cm；像屏位置Q37.00cm測量序號123456凸透鏡位直O(jiān)icm凸透鏡位置O2cmaO2Qcmb2a2計算得：a7.961666667cm,b63.00cm；f15.49856508Dm。實驗室給4

5、b出的不確定度：a0.25cm?口b0.20cm,如此，lnflnb2a2ln4blnf2b1lnf2a22,.22bbababaln f 2b bln faa2b,22b a22a a,22b a2 63.0063.002 7.9616666672 63.000.2022 7.961666667 0.2563.002 7.961666667 233.43247519210ff-f0.05319844015cmff15.500.05cm2 .焦距儀法測凸透鏡焦距參看平行管上注明的參數(shù)得，平行管物鏡距離f 550.000mm；玻羅板上所選的某一對平測量序號123456y1mmy2mmy1%y2m

6、m行線的線距y20.000mm。計算得：y5.620333333mm；fxyf 154.5591667Cm。測微目鏡儀器誤差為 y0.004mm ,因而測一對平行線的距離的B 近 0.004mm ,如此,yB 、2 0.004mmyyyfxyyy2 0.0045.6203333331.006497998 10 3ffxffxfx31.006497998 10 3 154.5591667 0.1555634919 cmfx154.560.16 cmFO222.07416667 cm。，如此,f F O2 O266Fi i 1i 16O2O2i 13 .自準法測凹透鏡焦距測量序號123456凹透鏡

7、位置O2cm凹透鏡位置O2cmO2O2O2cm2虛物位置Fcm物屏位置即箭矢AB位置P101.00cm；凸透鏡位置O170.40cm；計算得：f180.0520.2121320344cmf22.070.21cm本次試驗研究的是0pf時的.薄凹透鏡成像規(guī)律。箭矢AB屏的位置cm；L1的位置O183.61cm,焦距為f115.46cm；L2的位置O243.24cm,焦距為f222.07cm；AB的位置P36.19cm,AB的位置Q32.88cm；物距p7.05cm，為虛物；像距q10.36cm,為實像。由觀察得到結(jié)論：當0pf時凹透鏡成正立放大的實像。六、思考題1 .為什么要調(diào)節(jié)共軸？調(diào)節(jié)共軸的主

8、要步驟如何？怎么判斷物上的某一點已經(jīng)調(diào)至透鏡的光軸上了？依據(jù)的原理是什么？答：因為如果不共軸，1實驗中做的近軸光線假設(shè)不滿足；2有可能導(dǎo)致像不成在像屏上或者無法成在像屏上，不方便于像的大小比擬；3不能用坐標計算直接得到物距，像距，計算過程變得復(fù)雜；4成像質(zhì)量不是最好。調(diào)節(jié)共軸的主要步驟：1目測粗調(diào)使得幾個器件的中心大致重合；2借助其他儀器或者成像規(guī)律細調(diào)。如果固定凸透鏡位置，水平移動凸透鏡，成兩個像，該點的兩個像都在主光軸上且重合，如此該點已經(jīng)調(diào)至透鏡光軸上。依據(jù)的原理是凸透鏡成像原理。2 .共軻法測量凸透鏡焦距時，為什么b應(yīng)略大于4f?答：因為只有b4f時，可以成兩個倒立實像，一個放大，一個

9、縮小。如果b4f,如此可能導(dǎo)致放大的實像位置超出導(dǎo)軌，無法測量，或者縮小的像太小，無法準確定位。從操作簡單和合理性，準確性角度來看，應(yīng)當使得b略大于4f03 .能否用自準法測量凸透鏡焦距？假如可用，請畫出原理光路圖。答：可以。光路圖如如下圖6,用一個焦距的凸透鏡L1和待測透鏡L2組合，如如下圖，固定物AB和L1的位置，使得成實像A1B1,在L2右側(cè)放置平面鏡L3,然后左右移動L2,使得AB所在原物屏上成倒立和AB等大的清晰實像，記錄L2和L1的距離，減去L1的焦距即得L2的焦距。圖6自準法測凸透鏡焦距原理光路圖4 .試證明，自準法測凹透鏡焦距時，凹透鏡轉(zhuǎn)180。后重復(fù)測量，取正反兩次的平均值能

10、夠消除透鏡光心裝配不準而造成的系統(tǒng)誤差。答：將原物AB和凸透鏡看成一個能為凹透鏡提供虛物的整體，記為虛物AB,如此，如如下圖，AB和透鏡光心存在水平方向偏差。由于原題中平面鏡只起到了把光路鏡像過去的作用，我們可以對稱放置一個一樣的凹透鏡和凸透鏡便于研究。假設(shè)原題中透鏡光心高度已經(jīng)和主光軸高度一致，我們只要考慮物與像各自位置的水平分量即可。即：透鏡光心在水平方向裝配不準。具體證明思路如下簡單的幾何關(guān)系不作詳細證明：圍城b仲e在代另耳、射志向相收，后農(nóng)八期班已遂疵的旃4”所吹3和fei先軸出+相雕/即下閨）鄉(xiāng)師井翻以處祝麗向名至緊他滿凹蓬曉港四芨銖克軸w鬲主被0q伙）看副?）#*與日之治*/砒，取彳也第5。燧.一也軒胤兒怔如小囹杓電的硅0龍豆豆珞銀京磁咄減十心口IKA時多電由上出好程可知,亮西煉石近叁選在”龍軸片網(wǎng)網(wǎng)的m價燼國比率1逐0”后,玨取牛肉瀾小稼宴.5 .試分析焦距儀測焦距時可能存在的誤差來源。答：誤差主要可能來源于以下幾個方面：景深、焦深、像差和色差會導(dǎo)致成像不清楚，會造成讀數(shù)誤差；人眼分辨力的限制，調(diào)整后的平行光管輸出的不是嚴格的平行光，而是有一定的會聚或發(fā)散。這會使經(jīng)待測透鏡后光線的會聚點不在該透鏡的焦面上而產(chǎn)生公式誤差（或調(diào)焦誤差）;自準直調(diào)整平行光管時，由于人眼分辨力的限