薄透镜焦距测定.doc

薄透镜焦距的测量【学习要求】1 了解薄透镜成像，观察其成像的像差。2 学习光学装置的共轴调节技术。3 掌握根据物像位置关系测定薄透镜焦距的几种方法。【实验仪器】光具座、米尺、光源、滤色片、平面物（如细铜丝网），平面反射镜、光屏、待测透镜等。【实验原理】透镜焦距是表征其成像性质的重要参数。测定焦距不单是一项产品检验工作，更重要的是为光学系统的设计提供依据。最常用的测焦距方法大都是根据物像关系设计的。本实验仅介绍运用物像位置关系测定焦距的几种方法。令 依次表示透镜成像的物距、象距和透镜的像方法焦距（或称第二焦距），则有：式中各量均从薄透镜的光心量起，并且顺光线传播方向测量得到的物距、像距和焦距是正值，逆光线传播方向测量则得到负值。在实验中确定物、像和透镜的位置，测出了物距和像距，便可计算焦距，即一个实际物体正的薄透镜后可以成一实像，量取透镜到物的距离 和透镜到像的距离 ，便可计算焦距。而负透镜只具发散性质，不能使实物成实像，因此必须设法确定虚像位置或者采用虚物成实像的方法。如图612所示，实物 首先由辅助正透镜 成一实像 ，将负透镜 放在 和 之间。由于负透镜 的发散作用，最终成像在 位置。 即 的物（虚物， ） 为像。记录下 和 的位置，便可计算物距、像距和焦距。由公式（612）测定正透镜焦距，在一般情况下，要同时测量物距和像距，测量、计算都比较麻烦。采用自准直方法测量焦距，既可以简化测量、免去计算，同时也大大地缩短了光路。自准直法测量薄透镜焦距的光路如图613所示，当发光点Q恰好处在L的物方焦面上时，由L出射的平行光经平面镜反射再次通过透镜并成像在焦面上。如果平面镜和光轴垂直，则像 和物 关于光轴对称。要使实物经正的薄透镜成一实像，物和像之间的距离必须不小于透镜的四倍焦距（请读者证明）。如果实物和接收实像的屏幕之间的距离D大于待测透镜的四倍焦距，那么，在物和屏之间，透镜可取两个位置，如图614所示。当其在实线透镜位置时，屏上出现缩小的像 ；当透镜处在虚线透镜所在的位置时，屏上出现放大的像 。如以 表示透镜可取的两位置之间隔，那么有时称这种两次成像法为贝塞尔法。【实验步骤】光学元件同轴等高的调整。1 测量凸透镜的焦距。2 观察透镜成像的像差。【思考题】 1.为什么说本实验所述的各方法只适于测量薄透镜焦距？试分析每一种测量方法的精度， 并把它们加以比较。2.在贝塞尔法中， 可以采用两个开孔的白屏， 它们都可以作为物或接收小孔像。请考虑， 这样做能否提高测量精度？原因何在？3. 应用自准直法测焦距， 有时会发生错觉， 当反射镜恰好位于成像平面时， 测量的系统误差何在？可否设法减小？ 4.有人认为应用贝塞尔法也可以测定厚透镜焦距。请分析， 如果这样做， 测量的系统误差 何在？可否设法减小？ 5.为了确定由负透镜所成的虚像位置，可以采用视差法， 即：将一枚长针放在负镜和实物之间，在透镜的另一侧用眼通过负透镜观察虚像，并从透镜上方观察长针。适当改变长针位置，待长针和虚像相互无视差时，长针即占据虚像位置。此