测节点位置及透镜组焦距.doc

实验七 测节点位置及透镜组焦距 (测量实验)一、实验目的了解透镜组节点的特性，掌握测透镜组节点的方法。二、实验原理光学仪器中的共轴球面系统、厚透镜、透镜组，常把它作为一个整体来研究。这时可以用三对特殊的点和三对面来表征系统在成像上的性质。若已知这三对点和三对面的位置，则可用简单的高斯公式和牛顿公式来研究起成像规律。共轴球面系统的这三对基点和基面是：主焦点（F，F）和主焦面，主点（H，H）和主平面，节点（N，N）和节平面。如附图1，附图1附图2实际使用的共轴球面系统透镜组，多数情况下透镜组两边的介质都是空气，根据几何光学的理论，当物空间和像空间介质折射率相同时，透镜组的两个节点分别与两个主点重合，在这种情况下，主点兼有节点的性质，透镜组的成像规律只用两对基点（焦点，主点）和基面（焦面，主面）就完全可以确定了。根据节点定义，一束平行光从透镜组左方入射，如附图2，光束中的光线经透镜组后的出射方向，一般和入射方向不平行，但其中有一根特殊的光线，即经过第一节点N的光线PN，折射后必须通过第二节点N且出射光线NQ平行与原入射光线PN。设NQ与透镜组的第二焦平面相交于F点。由焦平面的定义可知，PN方向的平行光束经透镜组会聚于F点。若入射的平行光的方向PN与透镜组光轴平行时，F点将与透镜组的主焦点F重合，如附图3附图3综上所述节点应具有下列性质：当平行光入射透镜组时，如果绕透镜组的第二节点N微微转过一个小角，则平行光经透镜组后的会聚点F在屏上的位置将不横移，只是变得稍模糊一点儿，这是因为转动透镜组后入射于节点N的光线并没有改变原来入射的平行光的方向，因而NQ的方向也不改变，又因为透镜组是绕N点转动，N点不动，所以 NQ线也不移动，而像点始终在NQ线上，故F点不会有横向移动，至于NF的长度，当然会随着透镜组的转动有很小的变化，所以F点前后稍有移动，屏上的像会稍有模糊一点。反之，如果透镜组绕N点以外的点转动，则F点会有横向移动，利用节点的这一特性构成了下面的测量方法。使用一个能够转动的导轨，导轨侧面装有刻度尺，这个装置就是节点架。把透镜组装在可以旋转的节点架导轨的上，节点架前是一束平行光，平行光射向透镜组。接着将透镜组在节点架上前后移动，同时使架做微小的转动。两个动作配合进行，直到能得到清晰的像，且不发生横移为止。这时转动轴必通过透镜组的像方节点N，它的位置就被确定了。并且当N与H重合时，从转动轴到屏的距离为N F，即为透镜组的像方焦距f。把透镜组转180度，使光线由L2进入，由L1射出。利用同样的方法可测出物方节点N的位置。三、实验仪器1、带有毛玻璃的白炽灯光源S2、1/10mm分划板F13、二维调整架： SZ-074、物镜Lo： fo=190mm5、二维调整架： SZ-076、透镜组L1、L2： f1=220mm，f2=300mm7、节点架： SZ-258、微测目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）9、读数显微镜架 : SZ-3810、三维底座： SZ-0111、一维底座： SZ-0312、一维底座： SZ-0313、一维底座： SZ-0314、通用底座： SZ-0415、白屏： SZ-13四、仪器实物图及原理图图七五、实验步骤1、 调节由F，Lo组成的“平行光管”使其出平行光，可借助于对无穷远调焦的望远镜来实现。2、 将“平行光管”、待测透镜组、测微目镜，按图七的顺序摆放在平台上，目测调至共轴。3、 前后移动测微目镜，使之能看清F处分划板刻线的像。4、 沿节点调节架导轨前后移动透镜组，（同时也要相应地移动测微目镜），直至转动平台时，F处分划板刻线的像无横向移动为止，此时像方节点N落在节点调节架的转轴上。5、 用白色屏H代替测微目镜，使分划板刻线的像清晰的成于白色屏上，分别记下屏和节点调节架在标尺导轨上的位置a、b，再在节点调节架的导轨上记下透镜组的中心位置（用一条刻线标记）与调节架转轴中心（0刻线的位置）的偏移量d。6、 把节点调节架转180度，使入射方向和出射方向相互颠倒，重复3、4、5步，从而得到另一组数据a、b、d。六、数据处理1、像方节点N偏离透镜组中心的距离为：d 透镜组的像方焦距：f=a-b 物方节