薄透鏡焦距的測定-太原理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)必備

實(shí)驗(yàn)B8薄透鏡焦距的測定物理實(shí)驗(yàn)中心朱子鵬王宏偉實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.加深理解透鏡成像的基本規(guī)律。2.學(xué)會(huì)測量薄透鏡焦距的三種方法。3.掌握光路分析和光具座上各元件的共軸調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)儀器光具座，光源（汞燈），平面反射鏡，凸透鏡，凹透鏡，（帶箭矢孔）的物屏，像屏。實(shí)驗(yàn)原理(準(zhǔn)備知識(shí))薄透鏡:透鏡中心厚度比透鏡的焦距或曲率半徑小很多的透鏡。透鏡分為凸透鏡和凹透鏡：中間厚、邊緣薄的透鏡稱為凸透鏡，對(duì)光線有會(huì)聚作用，又稱為會(huì)聚透鏡；中間薄、邊緣厚的透鏡稱為凹透鏡，對(duì)光線有發(fā)散作用，又稱為發(fā)散透鏡。透鏡的幾個(gè)名詞解釋：主光軸：通過透鏡兩個(gè)折射球面的球心的直線，叫透鏡的主光軸（或主軸）。光心：光線通過主光軸上某一特殊點(diǎn)，而不改變方向，這個(gè)點(diǎn)叫透鏡的光心。副光軸：除主光軸外通過光心的其他直線叫副光軸。近軸光線：一般使用透鏡時(shí)，物體都在主光軸附近，入射光線的入射角很小，這樣的光線叫近軸光線。

焦點(diǎn)：平行于主光軸的近軸光線，通過透鏡后會(huì)聚（或發(fā)散，這時(shí)其反向延長線會(huì)聚）于主光軸上的點(diǎn)，叫主焦點(diǎn)F，如下圖所示。每個(gè)透鏡都有分居透鏡兩側(cè)的兩個(gè)主焦點(diǎn)。

焦距：光心O到主焦點(diǎn)F間的距離叫焦距（用字母f表示）。每個(gè)透鏡有兩個(gè)焦距。薄透鏡兩側(cè)的媒質(zhì)相同時(shí)，兩個(gè)焦距相等。(a)凸透鏡的焦點(diǎn)(b)凹透鏡的焦點(diǎn)

圖透鏡的焦點(diǎn)及焦平面

焦平面焦平面

f

f

ＦＦ光路可逆原理：在反射和折射定律中，光線如果沿反射和折射方向入射，則相應(yīng)的反射和折射光將沿原來的入射方向。這就是說，如果物點(diǎn)Q發(fā)出的光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后在Q’點(diǎn)成像，則Q’點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)同一光學(xué)系統(tǒng)后必然會(huì)在Q點(diǎn)成像，即物和像之間是共軛的。（1）平行于主光軸的光線經(jīng)透鏡折射后過透鏡的焦點(diǎn)；（2）過透鏡光心的光線經(jīng)透鏡時(shí)不改變方向。實(shí)驗(yàn)原理薄透鏡成像公式當(dāng)透鏡的厚度遠(yuǎn)比其焦距小得多時(shí),這種透鏡稱為薄透鏡。在近軸光線的條件下,薄透鏡成像的規(guī)律可表示為

u、v

分別為物距和像距，實(shí)物與實(shí)像時(shí)取正，虛物與虛像時(shí)取負(fù)；f為透鏡焦距，凸透鏡取正，凹透鏡取負(fù)。將物AB放在凸透鏡的前焦平面上,這時(shí)物上任一點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)透鏡后成為平行光,由平面鏡反射后再經(jīng)透鏡會(huì)聚于透鏡的前焦平面上,得到一個(gè)大小與原物相同的倒立實(shí)像A′B′。此時(shí),物屏到透鏡之間的距離就等于透鏡的焦距f。AB1.自準(zhǔn)法測凸透鏡焦距數(shù)據(jù)記錄—自準(zhǔn)法(單位：cm)數(shù)據(jù)處理-自準(zhǔn)法必須代數(shù)計(jì)算把像屏放在物的4倍焦距以外，移動(dòng)凸透鏡，在兩個(gè)不同位置，在像屏上必然會(huì)成一大一小兩個(gè)不同的像。(推導(dǎo)右邊公式)像屏物屏2.共軛法測凸透鏡焦距共軛法測凸透鏡數(shù)據(jù)記錄表格(單位：cm)數(shù)據(jù)處理——共軛法

物經(jīng)過凸透鏡成的小像位置測5次，放上凹透鏡到合適的位置，移動(dòng)像屏使像清晰，凹透鏡的位置測5次，大像的位置測1次。物屏固定固定3.組合法法測凹透鏡焦距物屏為凹透鏡的虛物，物距為負(fù)值組合法測凹透鏡焦距表格(單位：cm)間接測量不確定的估算完整的結(jié)果表達(dá)式：組合法及數(shù)據(jù)處理選作：自準(zhǔn)法測量凹透鏡焦距如下圖所示,L1為凸透鏡,L2為凹透鏡,M為平面反射鏡。調(diào)節(jié)凹透鏡的相對(duì)位置,直到物屏上出現(xiàn)和物大小相等的倒立實(shí)像,記下凹透鏡的位置X1。再拿掉凹透