《凸透鏡焦距的測定》實驗指導(dǎo)和報告要求

《凸透鏡焦距的測定》實驗指導(dǎo)和報告要求一、實驗?zāi)康?、了解透鏡成像的原理及成像規(guī)律；2、學(xué)會光學(xué)系統(tǒng)共軸調(diào)節(jié)，了解視差原理的實際應(yīng)用；3、掌握薄透鏡焦距的測量方法，會用左、右逼近法確定像最清晰的位置，測量凸透鏡；4、能對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行不確定度處理，寫出合格的實驗報告。二、實驗原理薄透鏡是透鏡中最基本的一種，其厚度較自身兩折射球面的曲率半徑及焦距要小得多，厚度可忽略不計，在近軸條件下，物距 u、像距 、焦距 f滿足高斯公式：1 1 1u f符號規(guī)定：距離自參考點（薄透鏡的光心）量起，與光線進(jìn)行方向一致時為正，反之為負(fù)。1、物像法物屏P 凸透鏡L 像屏Nfu v物距像距法光路如上圖所示，測出物距和像距后，代入透鏡成像公式即可算出凸透鏡的焦距。2、共軛法（貝塞爾法、位移法）物屏與像屏的相對位置 l保持不變，而且 l 4f，當(dāng)凸透鏡在物屏與像屏之間移動時，可實現(xiàn)兩次成像。透鏡在 x1位置時，成倒立、放大的實像，透鏡在 x2位置時，成倒立、縮小的實像。實驗中，只要測量出光路圖中的物屏與像屏的距離

D和透鏡兩次成像移動的距離

L

，代入下式就可算出透鏡的焦距。f

D2

L24D三、實驗儀器帶標(biāo)尺的光具座一臺，凸透鏡一塊，箭矢物屏，帶電源小燈泡一個，光屏一個，光學(xué)元件底座和支架各4個。四、實驗內(nèi)容與步驟（一） 光學(xué)系統(tǒng)的共軸調(diào)節(jié)先利用水平尺將光具座導(dǎo)軌在實驗桌上調(diào)節(jié)成水平， 然后進(jìn)行各光學(xué)元件同軸等高的粗調(diào)和細(xì)調(diào)，直到各光學(xué)元件的光軸共軸，并與光具座導(dǎo)軌平行為止。1、粗調(diào)將小燈泡、箭矢物（小燈泡與箭矢物的距離大于40厘米）、凸透鏡、白屏等光學(xué)元件放在光具座上，使它們盡量靠攏，用眼睛觀察，進(jìn)行粗調(diào)（升降調(diào)節(jié)、水平位移調(diào)節(jié)）,使各元件的中心大致在與導(dǎo)軌平行的同一直線上，并垂直于光具座導(dǎo)軌。2、細(xì)調(diào)利用透鏡二次成像法來判斷是否共軸，并進(jìn)一步調(diào)至共軸。當(dāng)物屏與像屏距離大于

4f

時，沿光軸移動凸透鏡， 將會成兩次大小不同的實像。 若兩個像的中心重合，表示已經(jīng)共軸；若不重合，以小像的中心位置為參考（可作一記號），調(diào)節(jié)透鏡（或物，一般調(diào)透鏡）的高低或水平位移，使大像中心與小像的中心完全重合，調(diào)節(jié)技巧為大像追小像，如下圖所示。BAO

BAA

OB圖a表明透鏡位置偏低（或物偏高），這時應(yīng)將透鏡升高（或把物降低）。而在圖 b情況，應(yīng)將透鏡降低（或?qū)⑽锷撸?。水平調(diào)節(jié)類似于上述情形。注意，已調(diào)至同軸等高狀態(tài)的透鏡在后續(xù)的調(diào)整、測量中絕對不允許再變動。（二） 凸透鏡焦距的測定用物像法共軛法測量凸透鏡焦距。1、物像法1）先用粗略估計法測量待測凸透鏡焦距，然后將物屏和像屏放在光具座上，使它們的距離略大于粗測焦距值的4倍，在兩屏之間放入透鏡，調(diào)節(jié)物屏、透鏡和像屏共軸，并與主光軸垂直，記錄物屏、像屏位置。2）用“左右逼近法”移動透鏡找出其成清晰倒立實像的范圍坐標(biāo)位置

x左與

x右，重復(fù)測五次。2、共軛法1）將物屏和像屏在光具座上的距離調(diào)為粗測焦距值的略

5倍，在兩屏之間放入透鏡，調(diào)節(jié)物屏、透鏡和像屏共軸，并與主光軸垂直，記錄物屏、像屏位置。2）用“左右逼近法”移動透鏡測成放大像時透鏡的坐標(biāo)位置

x左與

x右及成小像時的坐標(biāo)位置x'左與

x'右,

重復(fù)測五次。五、數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理1、物像法測凸透鏡的焦距表一x物x屏（單位：cm）次數(shù)23451項目x左x右xi (x左 x右）/25xix5i1uxx物xx屏fuvuv52x-xiUAXi1551取1mm，則UBX儀，儀3從而UuUvUAX22UBX2f2fu2∵)2u(u（u）2f22UuUf2f2u4v4uUuUu2vffUf12.230.01cm2、共軛法測凸透鏡的焦距表二x物x屏（單位：cm）次數(shù)2345項目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儀，從而ULUAx2UAx2UBx20.04320.05220.0172取儀1mm，則UBX220.07c3LLUL15.250.07cmUD22，220U.02cmD53.500.02cmUBx0D.017D111fLf1L2L2DD41D222112UffUD