大學(xué)物理實驗教案-測定薄透鏡的焦距

實驗項目教學(xué)目的

大學(xué)物理實驗教測定薄透鏡的焦距、掌握簡單光路的分析和光學(xué)系統(tǒng)的共軸、等高調(diào)節(jié)方法；2、掌握測薄透鏡焦距的幾種方法及其原理；3、加深對鏡成像規(guī)律的認識。薄鏡成像公式通過透鏡中心并且垂直于鏡面的直線稱做透鏡的主光軸。近光軸光線通過薄透鏡成像規(guī)律可表示為

+

v

=

f

實驗原理

其中u物距（實物為正，虛物為負）v像（實像為正，虛像為負）f焦（凸透鏡為正，凹透鏡為負）、v、f均透鏡的光心算起。由(式可知，只能測出uv則f便可求出。凸鏡焦距的測量方法（1平面鏡法（自準法）如圖所，當(dāng)物體位于凸透鏡的焦平面時，物點所發(fā)出的光通過凸透鏡后將成為一束平行光。如果用平面鏡把這束平行光反射回去（反射光也是一束平行光反光再次通過凸透鏡，則這束平行反射光將會聚成像于透鏡的焦平面上。因此，通過調(diào)整凸透鏡與物體之間的距離使得在物屏上能看到物體的清晰的像，那么物體與透鏡的距離就是透鏡的焦距。此時分別讀出物體與透鏡在光具座上的位置x和x，透鏡焦距為1

f=x-21

。圖平鏡法（2物距像距法如圖所，當(dāng)物體置于凸透鏡焦距以外，物體發(fā)出的光線經(jīng)透鏡折射后成像在透鏡的另一側(cè)，調(diào)節(jié)像屏（或透鏡）位置，使得在像屏上得到清晰的物體的像，此時分別讀出物屏，透鏡及像屏在光具座上的對應(yīng)位置x、x1和x。物距3

x-，距v-x213

2

。再利(1)式便可求出透鏡焦距。1

圖2物距像距法（3共軛(兩次成像法如圖所，物屏和像屏間的距L＞，保持L不，移動透鏡，當(dāng)它在處，像屏上出現(xiàn)一放大的清晰的此時物距為，距為v，當(dāng)111它移到處時，像屏上出現(xiàn)一個縮小的清晰的像，對應(yīng)兩次成像時鏡間的2距離為l按透鏡成像公(1)式可知：在處11u

+

1L-

=

f

在處2+l

L--l

f

由(2)式、式消去f得u=

L-l2

將(4)式代入式得f=其中，L、l可測，故f可得。

lL

圖共法兩次成像法)用這種方法雖然較復(fù)雜，但它避免了在物距像距法中測量u、v時，由于估計光心位置不準確而帶來的誤差。物距像距法測定凹透鏡焦距為了能用物距像距法測凹透鏡的焦距，我們加進輔助凸透鏡L為凹透鏡12

L產(chǎn)生一個虛物A′B，圖示。在沒有凹透鏡L時，物體AB經(jīng)L成清21晰像′B然后在L和A′B之插入一個與L共的凹透鏡L，′B對于L12來說是一個虛物，調(diào)節(jié)L的置，虛物A′B經(jīng)L成實像A″B也可定性理2解為由于凹透鏡發(fā)散作用會聚點將遠移至A″)記A′B″和O在具座的位置X，″和X。則距2

=-X-

，像距v=X

。將、v代(式便可算出凹透鏡的焦距f。教學(xué)重點與難點實驗內(nèi)容

圖4物像距法測定凹透鏡焦距1.光學(xué)系統(tǒng)需要共軸等高調(diào)節(jié)的原因，及其“大像追小像”的調(diào)節(jié)方法；2.測凹透鏡焦距時：如何找出正確的物距；像的大小是否合理。1、調(diào)節(jié)物與凸透鏡等高共軸（1先粗調(diào)：使物屏上物的中心與凸透鏡中心大致在一條與光具座滑軌平行的直線上。（2后細調(diào)：采用“大像追小像”的方法，使物像共軛法的大小兩像中心重合。2、用共軛測凸透鏡的焦距；3、用自準測凸透鏡的焦距；4.

測凸透鏡的焦距：利用作圖法算出焦距；測量與數(shù)據(jù)處理要求

5.用物距像距法測凹透鏡的焦距。1.共軸等高的調(diào)節(jié)：大小像中心是否完全重合；2.長度的測量，有效數(shù)字：是否估讀到mm下一位；3.用物距像距法測凸透鏡的焦距：作圖是否正確；4.凸（凹）透鏡焦距的測量：是否在誤差范圍內(nèi)。3

1.為什么實物經(jīng)會聚透鏡兩次成像時，必須使物體與像屏之間的距思考題

離

D

大于透鏡焦距的倍？實驗中如果

D

選擇不當(dāng)，對焦距的測量參考資料

有何影響？2.為什么采“大像追小像的方法，來調(diào)節(jié)光具組的共軸等高？《大學(xué)物理實驗》——馬馬宋設(shè)施洋主編《大學(xué)物理實驗指導(dǎo)》——丁瀅陳之前主編《物理實驗教程》——丁慎訓(xùn)張芳主編《大學(xué)物理實驗》——霍青吳泳華等主編一、預(yù)及操作評分準預(yù)習(xí)部評分標(biāo)準(共)

實驗?zāi)康?5)實驗儀器(5)實驗原理：文字敘述5分要式5分理圖（5分共軸等高：粗(5分)；細調(diào)(5分評分標(biāo)準

共法測透鏡焦距的優(yōu)點（5分操作評標(biāo)準（共60分）．．．．．

儀器操作是否規(guī)范（分）調(diào)共軸等高（10）凸透鏡：共軛法（10分面鏡法（10距距法（10分）凹透鏡分實驗完畢，儀器是否整理（5分二、實報告評分標(biāo)1．凸透：共軛（30分）（1）大小像位置顛倒：扣分；（2）共軛法測凸焦距，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