透镜焦距测量.doc

南昌大学物理实验报告 课程名称： 大学物理实验 实验名称： 透镜聚焦测量 学院： 专业班级： 学生姓名： 学号： 实验地点： 座位号： 实验时间： 1、 实验目的：1.观察薄凸透镜、凹透镜的成像规律。2.学习测量焦距的方法：自准法、物像法、共轭法测凸透镜焦距；辅助成像测凹透镜焦距。3.通过实验掌握望远镜和显微镜的基本原理，并在导轨和光具座上用透镜自组望远镜和显微镜。二、实验原理： 薄透镜是透镜中最基本的一种，其厚度较自身两折射球面的曲率半径及焦距要小得多，厚度可忽略不计，在近轴条件下，物距、像距、焦距满足高斯公式： 符号规定：距离自参考点（薄透镜的光心）量起，与光线进行方向一致时为正， 反之为负。（一）凸透镜焦距的测定1、自准法光路如上图所示，若物位于焦平面上，则由平面镜反射后成一与原物等大倒立的像于同一焦平面上。2、 物像法用屏上“1”字矢孔作为发光物，经过凸透镜折射后成像在另一侧的观察屏上。在实验中测得物距u和像距v，则凸透镜的焦距为，用自准直法和物距像距法测凸透镜焦距时，都必须考虑如何确定光心的位置。光线从各个方向通过凸透镜中的一点而不改变方向，这点就是该凸透镜的光心。凸透镜的光心一般与它的几何中心不重合，因而光心的位置不易确定，所以上述两种方法用来测定凸透镜焦距是不够准确的，误差约为1.0%5.0%。3、 共轭法如果物屏与像屏的距离b保持不变,且b4f,在物屏与像屏间移动凸透镜,可两次成像.当凸透镜移至处时,屏上得到一个倒立放大实像,当凸透镜移至处时,屏上得到一个倒立缩小实像,由共轭关系结合焦距的高斯公式得: ，实验中测得a和b,就可测出焦距f.光路如上下图所示:4. 凹透镜（辅助成像）：如下图所示，在没有凹透镜时，物AB经凸透镜后将成实像AB，在和BA间插入凹透镜后，BA便称为了 的物，但不是实物，而为虚物。对而言，物距AO。该虚物由凹透镜再成实像于BA,由透镜成像公式（1）得:3、 实验仪器：光具座、凸透镜、凹透镜、光源、物屏、平面反射镜、水平尺和滤光片等四、实验内容和步骤：（一）光学系统的共轴调节先利用水平尺将光具座导轨在实验桌上调节成水平，然后进行各光学元件同轴等高的粗调和细调，直到各光学元件的光轴共轴，并与光具座导轨平行为止。1、粗调将箭矢物、凸透镜、凹透镜、平面镜、白屏等光学元件放在光具座上，使它们尽量靠拢，用眼睛观察，进行粗调（升降调节、水平位移调节）,使各元件的中心大致在与导轨平行的同一直线上，并垂直于光具座导轨。2、细调利用透镜二次成像法来判断是否共轴，并进一步调至共轴。当物屏与像屏距离大于时，沿光轴移动凸透镜，将会成两次大小不同的实像。若两个像的中心重合，表示已经共轴；若不重合，以小像的中心位置为参考（可作一记号），调节透镜（或物，一般调透镜）的高低或水平位移，使大像中心与小像的中心完全重合，调节技巧为大像追小像，如下图所示。 图表明透镜位置偏低（或物偏高），这时应将透镜升高（或把物降低）。而在 图情况，应将透镜降低（或将物升高）。水平调节类似于上述情形。当有两个透镜需要调整（如测凹透镜焦距）时，必须逐个进行上述调整，即先将一个透镜（凸）调好，记住像中心在屏上的位置，然后加上另一透镜（凹），再次观察成像的情况，对后一个透镜的位置上下、左右的调整，直至像中心仍旧保持在第一次成像时的中心位置上。注意，已调至同轴等高状态的透镜在后续的调整、测量中绝对不允许再变动。（二）凸透镜焦距的测定 用物像法、自准法、共轭法测量凸透镜焦距。1、自准法1）固定物屏，记录物屏的位置； 2）移动凸透镜，并绕铅直轴略转动靠近透镜的平面镜，看到物屏上一个移动的像， 用“左右逼近法”移动透镜使其成清晰的倒立实像于物平面上，记录此时透镜光心在光具座上的坐标位置与。2、物像法1）先用粗略估计法测量待测凸透镜焦距，然后将物屏和像屏放在光具座上，使它们的距离略大于粗测焦距值的4倍，在两屏之间放入透镜，调节物屏、透镜和像屏共轴，并与主光轴垂直，记录物屏、像屏位置。2）用“左右逼近法”移动透镜找出其成清晰倒立实像的范围坐标位置与， 重复测两次。3、共轭法同物像法1），固定屏的位置不动，用“左右逼近法”移动透镜测成放大像时透镜的坐标位置与及成小像时的坐标位置与, 重复测两次。（三）凹透镜焦距的测定用物距像距法、自准法测量凹透镜焦距。1、物像法1）利用共轭法中得到的清晰的小像作为凹透镜的物，记下小像的位置； 2）保持凸透镜的位置不变，将凹透镜放入与像屏之间，联合移动凹透镜和像屏，使屏上重新得到清晰的、放大的、倒立的实像，记下像屏的位置；3）用“左右逼近法”移动凹透镜测得像清晰时凹透镜的位置坐标与，重复测两次。五、实验数据与处理：1.凸透镜（1）自准法物（单位：mm）透镜（单位：mm）300511f=521-300=211mm（2） 物象法物B（单位：mm）透镜O（单位：mm）像B（单位：mm）30056014503006501075 =300-560=-260mm =1450-560=890mm =300-650=-350mm =1075=650=425mm=201.2mm=191.9mm196.55mm4.65mm196.55mm4.65mm物B（单位：mm）透镜O（单位：mm）像B（单位：mm）300360676300418513 =300-360=-60mm =676-360=316mm =300-418=-118mm =513=418=95mm=50.4mm=52.6mm51.5mm1.56mm51.5mm1.56mm(3)共轭法物B（单位：mm）透镜O1（单位：mm）透镜O2（单位：mm）像B（单位：mm）30061591512003006309001150= 300-1200=-900mm =615-915=-300mm=300-1150=-850mm =630-900=-270mm=200.3mm=199.5mm199.9mm0.2mm199.9mm0.2mm物B（单位：mm）透镜O1（单位：mm）透镜O2（单位：mm）像B（单位：mm）300366640700300371695750=300-700=-400mm =366-640=-274mm=300-750=-450mm =371-695=-324mm=53.1mm=54.18mm53.64mm0.76mm53.64mm0.76mm2.凹透镜焦距的测定成像法（辅助透镜法）物B（单位：mm）凸透镜O1（单位：mm）凹透镜O2（单位：mm）像A1（单位：mm）像A2（单位：mm）300700108011091350300700107811091400=29mm =270mm=31mm =322mm=32.5mm=34.3mm33.4mm1.27mm33.4mm1.27mm物B（单位：mm）凸透镜