薄透鏡焦距的測量

1、一一. 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1. 學(xué)會簡單光學(xué)系統(tǒng)的共軸調(diào)節(jié)。學(xué)會簡單光學(xué)系統(tǒng)的共軸調(diào)節(jié)。2. 掌握幾種測量薄透鏡焦距的方法。掌握幾種測量薄透鏡焦距的方法。二二. 實驗原理實驗原理:1. 透鏡簡介：透鏡簡介：a. 薄透鏡是指其厚度遠遠小于兩球面曲率半鏡薄透鏡是指其厚度遠遠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聚透鏡凸透鏡也稱為正透鏡或會聚透鏡 , 對光線起會對光線起會 聚作用聚作用; 焦距越短焦距越短,會聚本領(lǐng)越大。凸透鏡的焦會聚本領(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. 凹透鏡也稱為負透鏡或發(fā)散透鏡凹透

2、鏡也稱為負透鏡或發(fā)散透鏡,對光線起發(fā)對光線起發(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，為負，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: 通過透鏡光心的直線叫透鏡的光軸。通過透鏡光心的直線叫透鏡的光軸。通過透鏡光心通過透鏡光心, 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。其它通過透鏡光心的直線皆為透鏡的附光軸。軸。其它通過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.負規(guī)定為負規(guī)定為:實物實物.實像時實像時, 為正為正;Vu,Vu,透鏡焦距為負。透鏡焦距為負。 虛物虛物.虛像時虛像時 為負。凸透鏡焦距為正；凹為負。凸透鏡焦距為正；凹3. 透鏡焦距測量的方法透鏡焦距測量的方法:LOABBAM 由透鏡成像公式由透鏡成像公式, 當像距當像距 時時, , 即當物體即當物體 Vfu 即為焦距即為焦距;也就是說物體正好處于透鏡的焦平面上。也就是說物體正好處于透鏡的焦平面上。上各點發(fā)出的光經(jīng)透鏡后上各點發(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、 用自準法測量凸透鏡的焦距用自準法測量凸透鏡的焦距:用自準法測量凸透鏡焦距的光路圖用自準法測量凸透鏡焦距的光路圖u = f2oL1oL（2）用位移法測量凸透鏡的焦距用位移法測量凸透鏡的焦距： 當物體當物體 與像屏與像屏 的間距的間距 時，透鏡在時，透鏡在 區(qū)間移區(qū)間移動動,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像的實像 ,另一另一次成清晰次成清晰縮小縮小的實像的實像 。d 為透鏡的位移。為透鏡的位移。ABfD4 D11BA22BAM1u1V2V2uDAB1A1B2A2BMd用位移法測量凸透鏡焦距的光路圖用位移法測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) ) 用物距像距法測量凹透鏡的焦距用物距像距法測量凹透鏡的焦距:uV2L2o1L1oAB 實物經(jīng)凹透鏡不能在屏上生成實像，可借助凸透實物經(jīng)凹透鏡不能在屏上生成實像，可借助凸透鏡給凹鏡給凹 透鏡生成一個虛物，最后再由凹透鏡生成一個實像。透鏡生成一個虛物，最后再由凹透鏡生成一個實像。 如圖如圖,在沒有凹透鏡時在沒有凹透鏡時,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像立的實像 。當。當 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； 對對 而言，物而言，物 距距 。該虛物經(jīng)凹透鏡再成實像該虛物經(jīng)凹透鏡再成實像 ，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. 實驗內(nèi)容實驗內(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.確保實驗成功的重要步驟。確保實驗成功的重要步驟。 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。具體分兩步進行：合。具體分兩步進行：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. 細調(diào)細調(diào):移動各光學(xué)元件移動各光學(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, 則說明光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)共軸。則說明光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)共軸。 2. 用自準法測

8、量凸透鏡的焦距用自準法測量凸透鏡的焦距: 在物在物(屏屏)與平面鏡之間緩慢移動凸透鏡直到在屏上生成清與平面鏡之間緩慢移動凸透鏡直到在屏上生成清 晰晰.明亮的與物等大的倒立實像。每次左移透鏡明亮的與物等大的倒立實像。每次左移透鏡. 右移透鏡右移透鏡; 計錄測量數(shù)據(jù)，求平均值。要求計錄測量數(shù)據(jù)，求平均值。要求: 不改變物不改變物(屏屏)位置，測位置，測 量六次，結(jié)果以量六次，結(jié)果以 表示。表示。fff 3. 用位移法測量凸透鏡的焦距用位移法測量凸透鏡的焦距: 要求要求:在同一在同一D值的條件下測六次值的條件下測六次,計錄測量數(shù)據(jù)，用公式分計錄測量數(shù)據(jù)，用公式分 別計算出別計算出 f , 將將 結(jié)果

9、以結(jié)果以 表示。表示。fff 4. 用物距像距法測量凹透鏡的焦距用物距像距法測量凹透鏡的焦距: 要求要求: 固定凸透鏡的位置不變固定凸透鏡的位置不變, 每次同時改變凹透鏡每次同時改變凹透鏡 和像屏的位置和像屏的位置,直到得到清晰放大的實像直到得到清晰放大的實像,測量出物距測量出物距. 像距像距,計錄測量數(shù)據(jù)。要求測量六次計錄測量數(shù)據(jù)。要求測量六次; 分別用公式計算分別用公式計算 出出 f , 將結(jié)果以將結(jié)果以 表示。表示。fff 2. 用自準法測量凸透鏡的焦距用自準法測量凸透鏡的焦距: 在物屏在物屏(“1”字屏）與平面鏡之間緩慢移動凸透鏡直到在字屏）與平面鏡之間緩慢移動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，測量測量4 4次，次，結(jié)果以結(jié)果以 表示。表示。fff 注：注：1. 測量時記錄的是測量時記錄的是位置位置，而不是長度，而不是長度 2. 讀數(shù)時，統(tǒng)一標準：或從光具座左邊或從讀數(shù)時，統(tǒng)一標準：或從光具座左邊或從右邊讀右邊讀 3.盡量把不動的物件如盡量把不動的物件如“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出數(shù)部位，以便容易算出或估計出f 測量次數(shù)透鏡位置/cm“1”屏位置/cm焦距f/cm1 28.2510.0018.25234平均 fffEa，自準法

11、測凸透鏡的焦距，自準法測凸透鏡的焦距)(cmf 3. 用位移法用位移法測量凸透鏡的焦距測量凸透鏡的焦距: : 要求要求: :在不同在不同D值的條件下值的條件下測測4次次,記錄測量數(shù)據(jù)，用公式分記錄測量數(shù)據(jù)，用公式分 別計算出別計算出 f , 將將 結(jié)果以結(jié)果以 表示。表示。注：注： 1. 測量測量 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，位移法測凸透鏡的焦距，位移法測凸透鏡的焦距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像實像,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?？赡艽蟆?原始數(shù)據(jù)要求每個表格至少算出兩個原始數(shù)據(jù)要求每個表格至少算出兩個 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算法計算, 應(yīng)考慮儀器誤差應(yīng)考慮儀器誤差=0.05cmfff 4. 用物距像距法測量凹透鏡的焦距用物距像距法測量凹透鏡的焦距: : 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, ,移動像移動像屏得到清晰放大的實像屏得到清晰放大的實像, ,測量出像距測量出像距, ,記錄測量數(shù)據(jù)。要求記錄測量