(完整版)透镜焦距的测定及光学设计

1、南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：透镜焦距测量与光学设计学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、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。4通过实际测量了解显微镜、望远镜的主要光学参量。5.了解视觉放大率的概念并学习其测量方法。二、实验原理：1. 测凸透镜的焦距（1）自准直法如图1所示，用屏上“1”字矢孔屏作为发光物。在凸透镜的另一边放置一平面反射镜，光线通过凸透镜后经平面反射镜返回孔

2、屏上。移动透镜位置可以改变物距的大小，当物距正好是透镜的焦距时，物上任意一点发出的光线经透镜折射后成为平行光，经平面镜反射后，再经透镜折射回到矢孔屏上。这时在矢孔屏上看到一个与原物大小相等的倒立实像。这时物屏到凸透镜光心的距离即为此凸透镜的焦距。（2）物距像距法如图2所示，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£uvf=u+v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

3、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%。图1自准直法测焦距图2物距像距法测焦距3.共轭法测量凸透镜焦距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0处时，屏上得到一个倒立放大实像,当凸透镜移至02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Li后将成实像A'B'，在Li和B'A'间插入凹透镜L2后，B'A'便称为了

4、L2的物，但不是实物，而为虚物。对L2而言，物距A'o'。该虚物由凹透镜L2再成实像于B''A''，由透镜成像公式（1）得5. 显微镜原理：显微镜是用来观察近处细小物体细节的重要目视光学仪器吧，它对被观察物体进行了两次放大：第一次是通过物镜将被观察物放大于目镜的分划板上，在很靠近物镜焦点的位置上成倒立放大实像；第二次是经过目镜将第一次所成实像再次放大成虚像供眼睛观察，原理如图所以经过物镜和目镜的两次放大，显微镜的放大率r，其中D=250mm是明视距离。打f26. 望远镜原理：望远镜是观察远距离物体的光学仪器。其作用是使通过望远镜所看到的物体对眼睛

5、的张角大于用眼睛直接观察物体的张角，从而产生放大感觉。望远镜由物镜和目镜组成，物镜的像方焦点与目镜的像方焦点重合，因此平行光射入望远系统后，仍以平行光射出(1)开普勒望远镜：由两个凸透镜组成，物镜的像方焦点与目镜的像方焦点重合，望远系统的垂直放大率仅仅取决于望远系统的结构参量，于物距无关，即r二十二fe(2)伽利略望远镜：伽利略望远镜是由一个长焦距凸透镜和一个短焦距凹透镜组成，物镜的像方焦点与目镜的像方焦点重合其工作原理如图三、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：1. 共轴调节参照图3布置光路，放置物屏和像屏，使其间距D4f，移动透镜并

6、对它进行高低、左右调节，使两次所成的像的顶部（或底部）之中心重合，需反复进行数次调节，方2. 自准直法测焦距如图1布置光路，调透镜的位置，高低左右等，使其对二小的实像于物的下方，记下物屏和透镜的位置坐标x和x。L能达到要求。物成与物同样大图43. 物距一一像距法测焦距如图2布置光路，固定物和透镜的位置，使它们之间的距离约为焦距的2倍,移动像屏使成像清晰，调透镜的高度,使物和像的中点等高，左右调节透镜和物屏，使物与像中点连线与光具座的轴线平行，用左右逼近法确定成理想像时,读像屏的坐标，重复测量5次。五、实验数据与处理:1凸透镜（1）自准法物透镜1145.1949.5=1145.1949.5=19

7、5.6mm2物像法物B透镜O像B'1231.0932.0279.01200.0900.02480s=1231.0932.0=299.0(mm)1s'=279932=653.0(mm)1s=1200.0900.0=300.0(mm)2s'=248.0900.0=6520(mm)2由f'=f=旦得ss'.'=-妙0x(一653.0)205.1(mm)1299.0(653.0)-一300.0x(-652.0)205.5(mm)2300(652)=205.3(mm)=f'+f'_205.1+205.512纣=E(f-f')2i&#

8、39;4=吋(2-1)'；(205.1-205.3+(205.5-205.3=0.28(mm)s=1100.0一1036.0=64.0(mm)1s'=810.01036.0=2260(mm)1s=1200.01120.0=88.0(mm)2s'=950.01120.0=170.0(mm)2f=f±Af=205.3土0.28(mm)物B（单位：mm）透镜O（单位：mm）像B'（单位：mm）1100.01036.0810.01200.01120.0950.0由f，=-f=£_得s-s'”64x226'=49.8(mm)1 226+

9、64.88.0x170.0'=58.0(mm)2 170.0+88.0a=53.9(cm)E(T-f')2i=5.8(mm)f'二f±Af二53.9土5.8mm3）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）1200.0900.0600.0300.01100.0580.0750.0250.0d=900-600=300.0(mm)iD=1200.0-300.0=900.0(mm)iD=1100.0-250.0=850.0(mm)2d=750.0-580.0=270.0(mm)2D2一d2"'=

10、1=200.3(mm)f'=14D21D2一d2S=199.5(mm)4D2"Z"=ff=199.9(cm)Af=巴f-f')2i=0.2(mm)(2-1)物B（单位：cm）透镜O1（单位：cm）透镜O2（单位：cm）像B'（单位：cm）1200.01130.0975.0900.0D=405.1195.0=201.1(mm)id=351.2255.8=95.4(mm)1D=440.0195.0=245.0(mm)2d=389.5248.8=140.7(mm)21150.01008.9981.5900.0D2d211=39.0(mm)4D1D2d22=

11、41.7(mm)c241.7+39.0=40.4(mm)£(f-f')2i-(21)=T=37.2(mm)"2=(39.040.4P+(41.740.4P=1.8(mm)物凸透镜O1凹透镜O2像A1像A2123.0765.0445.0305.0206.6123.0765.0434.8305.0243.6305.0445.0=-140.0(mm)S1s=206.6445.0=-2384(mm)12凹透镜焦距的测定成像法（辅助透镜法）305.0434.8=-129.8(mm)s=243.6434.8=-1912(mm)2?=S1叮=34.0(mm)1S-s11?=S2*S2=40.4(mm)2S-S222(f-f')2i1(2-1)Af二丫n二4.53(mm)f二f±Af二37.1土4.5(mm)物凸透镜O1凹透镜O2像A1像A2123.0765.05275305.0116.2123.0765.0551.2305.0113.0S二527.5-305.0二222.5(mm)is二527.5-116.2二411.3(mm)iS二551.2-305.0二246.2(mm)2S二551.2-113.0二438.2(mm)由f=沾得S+sf=198.6(mm)J1f2=202-4(mm)4；人=200.5(mm)匕f-f')2i