薄透鏡焦距的測(cè)量

1、一一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單光學(xué)系統(tǒng)的共軸調(diào)節(jié)。學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單光學(xué)系統(tǒng)的共軸調(diào)節(jié)。2. 掌握幾種測(cè)量薄透鏡焦距的方法。掌握幾種測(cè)量薄透鏡焦距的方法。二二. 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理:1. 透鏡簡(jiǎn)介：透鏡簡(jiǎn)介：a. 薄透鏡是指其厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩球面曲率半鏡薄透鏡是指其厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩球面曲率半鏡 的的 透鏡。透鏡。b. 凸透鏡也稱為正透鏡或會(huì)聚透鏡凸透鏡也稱為正透鏡或會(huì)聚透鏡 , 對(duì)光線起會(huì)對(duì)光線起會(huì) 聚作用聚作用; 焦距越短焦距越短,會(huì)聚本領(lǐng)越大。凸透鏡的焦會(huì)聚本領(lǐng)越大。凸透鏡的焦 距為距為 正正 f 0 。用它觀察物體，起放大作用。用它觀察物體，起放大作用。 c. 凹透鏡也稱為負(fù)透鏡或發(fā)散透鏡凹透

2、鏡也稱為負(fù)透鏡或發(fā)散透鏡,對(duì)光線起發(fā)對(duì)光線起發(fā)散作用散作用;焦距越短焦距越短,發(fā)散本領(lǐng)越大。凹透鏡的焦距發(fā)散本領(lǐng)越大。凹透鏡的焦距為負(fù)，為負(fù)，f 0 。用它觀察物體，起縮小作用。用它觀察物體，起縮小作用。 d. 透鏡的光軸透鏡的光軸: 通過(guò)透鏡光心的直線叫透鏡的光軸。通過(guò)透鏡光心的直線叫透鏡的光軸。通過(guò)透鏡光心通過(guò)透鏡光心, 且垂直兩球面的直線叫透鏡的主光且垂直兩球面的直線叫透鏡的主光軸。其它通過(guò)透鏡光心的直線皆為透鏡的附光軸。軸。其它通過(guò)透鏡光心的直線皆為透鏡的附光軸。主光軸主光軸附光軸附光軸2. 透鏡成像公式透鏡成像公式:Vuf111 為物距為物距, 為像距為像距, 為焦距。為焦距。uVf

3、在近軸光束的條件下在近軸光束的條件下,薄透鏡的成像公式為薄透鏡的成像公式為: 它們的正它們的正.負(fù)規(guī)定為負(fù)規(guī)定為:實(shí)物實(shí)物.實(shí)像時(shí)實(shí)像時(shí), 為正為正;Vu,Vu,透鏡焦距為負(fù)。透鏡焦距為負(fù)。 虛物虛物.虛像時(shí)虛像時(shí) 為負(fù)。凸透鏡焦距為正；凹為負(fù)。凸透鏡焦距為正；凹3. 透鏡焦距測(cè)量的方法透鏡焦距測(cè)量的方法:LOABBAM 由透鏡成像公式由透鏡成像公式, 當(dāng)像距當(dāng)像距 時(shí)時(shí), , 即當(dāng)物體即當(dāng)物體 Vfu 即為焦距即為焦距;也就是說(shuō)物體正好處于透鏡的焦平面上。也就是說(shuō)物體正好處于透鏡的焦平面上。上各點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)透鏡后上各點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)透鏡后,變?yōu)椴煌较虻钠叫泄庾優(yōu)椴煌较虻钠叫泄?物距物距(1)

4、 用自準(zhǔn)法測(cè)量凸透鏡的焦距用自準(zhǔn)法測(cè)量凸透鏡的焦距:用自準(zhǔn)法測(cè)量凸透鏡焦距的光路圖用自準(zhǔn)法測(cè)量凸透鏡焦距的光路圖u = f2oL1oL（2）用位移法測(cè)量凸透鏡的焦距用位移法測(cè)量凸透鏡的焦距： 當(dāng)物體當(dāng)物體 與像屏與像屏 的間距的間距 時(shí)，透鏡在時(shí)，透鏡在 區(qū)間移區(qū)間移動(dòng)動(dòng),可在屏上兩次成像，一次成清晰可在屏上兩次成像，一次成清晰放大放大的實(shí)像的實(shí)像 ,另一另一次成清晰次成清晰縮小縮小的實(shí)像的實(shí)像 。d 為透鏡的位移。為透鏡的位移。ABfD4 D11BA22BAM1u1V2V2uDAB1A1B2A2BMd用位移法測(cè)量凸透鏡焦距的光路圖用位移法測(cè)量凸透鏡焦距的光路圖由上圖中幾何關(guān)系可得：由上圖中幾

5、何關(guān)系可得：fuDuVu111111111 fduDduVu111111122 duDduuDu 11111111 dDu 211DdDf422 ( (3) ) 用物距像距法測(cè)量凹透鏡的焦距用物距像距法測(cè)量凹透鏡的焦距:uV2L2o1L1oAB 實(shí)物經(jīng)凹透鏡不能在屏上生成實(shí)像，可借助凸透實(shí)物經(jīng)凹透鏡不能在屏上生成實(shí)像，可借助凸透鏡給凹鏡給凹 透鏡生成一個(gè)虛物，最后再由凹透鏡生成一個(gè)實(shí)像。透鏡生成一個(gè)虛物，最后再由凹透鏡生成一個(gè)實(shí)像。 如圖如圖,在沒(méi)有凹透鏡時(shí)在沒(méi)有凹透鏡時(shí),物體物體AB 經(jīng)凸經(jīng)凸透鏡透鏡 L1 后生成縮小倒后生成縮小倒立的實(shí)像立的實(shí)像 。當(dāng)。當(dāng) 和和 間插入凹透鏡間插入凹透鏡

6、后后, 則則 便成為便成為凹透鏡凹透鏡 的虛物；的虛物； 對(duì)對(duì) 而言，物而言，物 距距 。該虛物經(jīng)凹透鏡再成實(shí)像該虛物經(jīng)凹透鏡再成實(shí)像 ，像距，像距 。 BA 1LBA 2LBA 2L2LAOu 2BA AOV 2MA B A B 由透鏡成像公式得由透鏡成像公式得: VnuVf uVoVou of 由于由于: , , ; 故故:三三. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1.光學(xué)系統(tǒng)的共軸調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的共軸調(diào)節(jié): 調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸,是減小誤差是減小誤差.確保實(shí)驗(yàn)成功的重要步驟。確保實(shí)驗(yàn)成功的重要步驟。 所謂所謂“共軸共軸”，是指各光學(xué)元件（如光源，是指各光學(xué)元件（如光源.物物.透鏡透鏡)的主光軸

7、的主光軸重重 合。具體分兩步進(jìn)行：合。具體分兩步進(jìn)行：a. 粗調(diào)粗調(diào):將放置在光具座上的各光學(xué)元件靠攏在一起將放置在光具座上的各光學(xué)元件靠攏在一起,用眼觀用眼觀 察察,調(diào)節(jié)它們的中心在同一高度調(diào)節(jié)它們的中心在同一高度,且連線且連線(光軸光軸)平行于導(dǎo)軌。平行于導(dǎo)軌。b. 細(xì)調(diào)細(xì)調(diào):移動(dòng)各光學(xué)元件移動(dòng)各光學(xué)元件,利用透鏡成像規(guī)律利用透鏡成像規(guī)律,大小不同的像生在大小不同的像生在 不同位置不同位置,調(diào)節(jié)透鏡的高底或左右位置調(diào)節(jié)透鏡的高底或左右位置,使這些大小不同的像使這些大小不同的像 的中心在屏上的位置重合的中心在屏上的位置重合, 則說(shuō)明光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)共軸。則說(shuō)明光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)共軸。 2. 用自準(zhǔn)法測(cè)

8、量凸透鏡的焦距用自準(zhǔn)法測(cè)量凸透鏡的焦距: 在物在物(屏屏)與平面鏡之間緩慢移動(dòng)凸透鏡直到在屏上生成清與平面鏡之間緩慢移動(dòng)凸透鏡直到在屏上生成清 晰晰.明亮的與物等大的倒立實(shí)像。每次左移透鏡明亮的與物等大的倒立實(shí)像。每次左移透鏡. 右移透鏡右移透鏡; 計(jì)錄測(cè)量數(shù)據(jù)，求平均值。要求計(jì)錄測(cè)量數(shù)據(jù)，求平均值。要求: 不改變物不改變物(屏屏)位置，測(cè)位置，測(cè) 量六次，結(jié)果以量六次，結(jié)果以 表示。表示。fff 3. 用位移法測(cè)量凸透鏡的焦距用位移法測(cè)量凸透鏡的焦距: 要求要求:在同一在同一D值的條件下測(cè)六次值的條件下測(cè)六次,計(jì)錄測(cè)量數(shù)據(jù)，用公式分計(jì)錄測(cè)量數(shù)據(jù)，用公式分 別計(jì)算出別計(jì)算出 f , 將將 結(jié)果

9、以結(jié)果以 表示。表示。fff 4. 用物距像距法測(cè)量凹透鏡的焦距用物距像距法測(cè)量凹透鏡的焦距: 要求要求: 固定凸透鏡的位置不變固定凸透鏡的位置不變, 每次同時(shí)改變凹透鏡每次同時(shí)改變凹透鏡 和像屏的位置和像屏的位置,直到得到清晰放大的實(shí)像直到得到清晰放大的實(shí)像,測(cè)量出物距測(cè)量出物距. 像距像距,計(jì)錄測(cè)量數(shù)據(jù)。要求測(cè)量六次計(jì)錄測(cè)量數(shù)據(jù)。要求測(cè)量六次; 分別用公式計(jì)算分別用公式計(jì)算 出出 f , 將結(jié)果以將結(jié)果以 表示。表示。fff 2. 用自準(zhǔn)法測(cè)量凸透鏡的焦距用自準(zhǔn)法測(cè)量凸透鏡的焦距: 在物屏在物屏(“1”字屏）與平面鏡之間緩慢移動(dòng)凸透鏡直到在字屏）與平面鏡之間緩慢移動(dòng)凸透鏡直到在屏上生成清晰

10、、明亮且與物等大的倒像。屏上生成清晰、明亮且與物等大的倒像。要求要求: :每次改變物每次改變物( (屏屏) )位置，位置，測(cè)量測(cè)量4 4次，次，結(jié)果以結(jié)果以 表示。表示。fff 注：注：1. 測(cè)量時(shí)記錄的是測(cè)量時(shí)記錄的是位置位置，而不是長(zhǎng)度，而不是長(zhǎng)度 2. 讀數(shù)時(shí)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：或從光具座左邊或從讀數(shù)時(shí)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：或從光具座左邊或從右邊讀右邊讀 3.盡量把不動(dòng)的物件如盡量把不動(dòng)的物件如“1”字屏放在導(dǎo)軌的整字屏放在導(dǎo)軌的整數(shù)部位，以便容易算出或估計(jì)出數(shù)部位，以便容易算出或估計(jì)出f 測(cè)量次數(shù)透鏡位置/cm“1”屏位置/cm焦距f/cm1 28.2510.0018.25234平均 fffEa，自準(zhǔn)法

11、測(cè)凸透鏡的焦距，自準(zhǔn)法測(cè)凸透鏡的焦距)(cmf 3. 用位移法用位移法測(cè)量凸透鏡的焦距測(cè)量凸透鏡的焦距: : 要求要求: :在不同在不同D值的條件下值的條件下測(cè)測(cè)4次次,記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，用公式分記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，用公式分 別計(jì)算出別計(jì)算出 f , 將將 結(jié)果以結(jié)果以 表示。表示。注：注： 1. 測(cè)量測(cè)量 4次次每次變換每次變換D, 向大的方向變向大的方向變0.5或或1cm fff 測(cè)量次數(shù)D(cm)d(cm)像屏- 物屏 U2(?。?u1（大）1234平均DdDf422)(cmf fffEb，位移法測(cè)凸透鏡的焦距，位移法測(cè)凸透鏡的焦距10.0090.0080.0060.5038.90 21.6018

12、.54 注意：注意： a. 作為凹透鏡的虛物作為凹透鏡的虛物,凸凸透鏡一定要生成縮小的透鏡一定要生成縮小的實(shí)像實(shí)像,讀數(shù)后不變。讀數(shù)后不變。 b. 選擇選擇凹透鏡的物距凹透鏡的物距u 值，在能成像的前提下盡值，在能成像的前提下盡可能大。可能大。 原始數(shù)據(jù)要求每個(gè)表格至少算出兩個(gè)原始數(shù)據(jù)要求每個(gè)表格至少算出兩個(gè) f, 簽上自簽上自己名字，交老師批改簽字，數(shù)據(jù)處理己名字，交老師批改簽字，數(shù)據(jù)處理f用平均誤差用平均誤差法計(jì)算法計(jì)算, 應(yīng)考慮儀器誤差應(yīng)考慮儀器誤差=0.05cmfff 4. 用物距像距法測(cè)量凹透鏡的焦距用物距像距法測(cè)量凹透鏡的焦距: : 要求要求: : 凸透鏡得到的虛物位置不變凸透鏡得到的虛物位置不變, ,插入凹透鏡后插入凹透鏡后, ,移動(dòng)像移動(dòng)像屏得到清晰放大的實(shí)像屏得到清晰放大的實(shí)像, ,測(cè)量出像距測(cè)量出像距, ,記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。要求記錄測(cè)量