薄透鏡焦距的測定

PAGEPAGE6成績評定教師簽名嘉應(yīng)學院物理系普通物理實驗學生實驗報告實驗項目：實驗地點：班級：姓名：座號：實驗時間：年月日物理與光信息科技學院編制實驗?zāi)康模?.學習光學儀器的使用和維護規(guī)則，學會調(diào)節(jié)光學系統(tǒng)使之等高共軸。2.掌握測量薄會聚透鏡和發(fā)散透鏡焦距的方法。3.觀察透鏡成像，并從感性上了解透鏡成像公式的近似性。二、實驗儀器設(shè)備：光具座，底座及支架，薄凸透鏡，薄凹透鏡，平面鏡，物屏（可調(diào)狹逢組、有透光箭頭的鐵皮屏），像屏（白色，有散射光的作用）。實驗原理：透鏡是光學儀器中最基本的元件。在不同的場合，由于使用的目的不同，需選擇焦距不同的透鏡或透鏡組，故焦距是反映透鏡特性的重要物理量。為了正確使用光學儀器，必須掌握透鏡成像規(guī)律，學會光路調(diào)節(jié)技術(shù)和焦距測量方法。1．自準直法測量凸透鏡焦距如圖4－１所示，當以狹縫光源作為物放在透鏡的第一焦平面上時，由發(fā)出的光經(jīng)透鏡后將形成平行光。如果在透鏡后面放一個與透鏡光軸垂直的平面反射鏡，則平行光經(jīng)反射，將沿著原來的路線反方向進行，并成像在狹縫平面上。狹縫與透鏡之間的距離，就是透鏡的第二焦距。這個方法是利用調(diào)節(jié)實驗裝置本身，使之產(chǎn)生平行光以達到調(diào)焦的目的，所以稱自準直法。2．用物距與像距法測量凸透鏡焦距由于對實物，凸透鏡可成實像，所以直接測量凸透鏡的物距、像距，就可以用高斯公式求出凹透鏡的焦距，如圖4—2所示。3．共軛法（二次成像法）測量凸透鏡焦距如圖4-3，取物體與像屏之間的距離L大于4倍凸透鏡焦距f，即L>4f,并保持L不變。沿光軸方向移動透鏡，則在像屏上必能兩次成像。當透鏡在位置I時屏上將出現(xiàn)一個放大清晰的像（設(shè)此物距為u，像距為v）；當透鏡在位置II時，屏上又將出現(xiàn)一個縮小清晰的像（設(shè)此物距為u′，像距為v′），設(shè)透鏡在兩次成像時位置之間的距離為C，根據(jù)透鏡成像公式，可得u=v′，u′=v又從圖4-3可以看出(4-1)式(4-1)稱為透鏡成像的貝塞爾公式。可知，只要測出了L和C的值，就可求得f。此方法避免了測量物距和像距時由于估計透鏡光心的位置不準所帶來的誤差(因透鏡的光心不一定與它的對稱中心重合)，所以這種方法測焦距f，既簡便，準確度又較高。4．用輔助透鏡法測量凹透鏡焦距由于對實物，凹透鏡成虛像，所以直接測量凹透鏡的物距、像距，難以兩全。我們只能借助與凸透鏡成一個倒立的實像作為凹透鏡的虛物，虛物的位置可以測出。凹透鏡能對虛物成實像，實像的位置可以測出。于是，就可以用高斯公式求出凹透鏡的焦距，如圖4—4所示。四、實驗步驟：（一）清點實驗儀器和用具（檢查是否齊全和完好無損，若有不齊或有損壞，及時報告老師登記后配齊或更換。）光具座，底座及支架，薄凸透鏡，薄凹透鏡，平面鏡，物屏（透光箭頭），像屏（白色）（二）測量一、自準直法測量凸透鏡焦距（１）按圖4—1所示，在光具座上放置狹縫光源、平面鏡，并使它們之間的距離比所測凸透鏡的焦距大。在物屏和平面鏡之間放上被測量的凸透鏡。（２）適當調(diào)節(jié)光路，使物屏發(fā)出的光通過透鏡后，由平面鏡再反射回去，并再次通過透鏡射向物屏。（３）在光具座上，前后移動凸透鏡，使物屏上產(chǎn)生倒立、等大、清晰的實像，當共軸很好時，物與像完全重合，用紙片遮住平面鏡，清晰的像應(yīng)該消失。記下凸透鏡在導(dǎo)軌上的位置。重復(fù)步驟（3）五次，記錄物及透鏡所在的位置，計算出的平均值。二、成像公式法測凸透鏡焦距1、如圖4-2擺放光學儀器。調(diào)節(jié)各光學元件共軸。（１）粗調(diào)，將光具座上的光靠攏，調(diào)節(jié)高低左右；光心中心大致在同一高度和一直線上。（２）細調(diào)，用共軛原理進行調(diào)整，使物屏與像屏之間的距離，將凸透鏡從物屏向像屏緩慢移動，若所成的大像與小像的中心重合，則等高共軸已調(diào)節(jié)好，若大像中心在小像中心的下方，說明凸透鏡位置偏低，應(yīng)將位置調(diào)高；反之，則將透鏡調(diào)低；左右亦然。詳見光學實驗基礎(chǔ)知識。2、調(diào)節(jié)透鏡及白屏的位置，在白屏上得到清晰的倒立等大實象，記錄此時物屏、透鏡、白屏的位置填入表二。三、共軛法測凸透鏡焦距1、如圖4-2擺放各元件，使物屏與白屏間距離略大于4f。2、在物屏與白屏間調(diào)節(jié)凸透鏡的位置，記錄下成放大實象和縮小實象時凸透鏡的位置。3、保持物屏與白屏位置不變，重復(fù)步驟（2）四次,記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。4、記錄物屏與白屏的位置填入表三。四、輔助透鏡法測凹透鏡焦距1、光路如圖4-4示。調(diào)節(jié)凸透鏡、凹透鏡共軸后，將凹透鏡沿光具座移開，白屏放在凸、凹透鏡中間。2、調(diào)節(jié)凸透鏡及白屏的位置，得到一清晰倒立略放大的實象，記錄此時物屏、凸透鏡及白屏的位置。3、保持凸透鏡位置不變，將白屏移至凸透鏡凹透鏡的外側(cè)，調(diào)節(jié)凹透鏡及白屏的位置，在白屏上得到清晰的實象，記錄此時凹透鏡、白屏的位置。4、稍微改變凹透鏡的位置，重復(fù)步驟（3）測四次，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)填入表四。