南昌大学薄透镜焦距的测量实验报告.docx
南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：透镜焦距的测量学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：B609 座位号：9号实验时间：第九周星期五下午十五时四十五分开始、实验目的：1) 加深理解薄透镜的成像规律2) 学习简单光路的分析和调节技术3) 学习几种测量透镜焦距的方法二、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£ uvJ =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b>4f,在物屏与像 屏间移动凸透镜，可两次成像.当凸透镜移至q处时，屏上得 到一个倒立放大实像，当凸透镜移至o2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.光路如上图所示:2 .凹透镜焦距的测量原理利用虚物成实像求焦距:图4如图4所示，先用凸透镜L使AB成实象A B,像A B便可视为凹透镜L的物体（虚物）所在位置，111112然后将凹透镜L放于L和A B之间，如果OA<|f I,则通过L的光束经L折射后，仍能形成一实象AB。21111 12122 2物距s = OA，像距s，= 0入，代入公式（1），可得凹透镜焦距。 2 12 2三、实验仪器：光具座，光源，透镜架，1字矢孔屏，观察屏，凸透镜，凹透镜，反光镜四、实验内容和步骤：1. 光路调整由于应用薄透镜成像公式时，需要满足近轴光线条件，因此必须使各光学元件调节到同轴，并使 该轴与光具座的导轨平行，“共轴等高”调节分两步完成：(1) 目测粗调：把光源、物屏、透镜和像屏依次装好，先将它们靠拢，使各元件中心大致等高在 一条直线上，并使物屏、透镜、像屏的平面互相平行。(2) 细调：利用共轭法调整，参看图2,固定物屏和像屏的位置，使D > 4f，在物屏与像屏间移 动凸透镜，可得一大一小两次成像。若两个像的中心重合，即表示已经共轴；若不重合，可先在小像 中心作一记号，调节透镜的高度使大像的中心与小像的中心重合。如此反复调节透镜高度，使大像的 中心趋向小像中心(大像追小像)，直至完全重合。2. 凸透镜焦距的测量由于实验中要人为地判断成像的清晰，考虑到人眼判断成像清晰的误差较大，常采用左右逼近测 读法测定屏或透镜的位置，即从左至右移动屏或透镜，直至在物屏或像屏上看到清晰的像，这就是左 右逼近测读法。(1) 自准法如右图，物屏上的箭矢AB经凸透镜L后成虚像A,B,图中O F =f为L的焦距.现将待测凹透镜L置于L1111121与A B之间，此时,A,B，成为的L虚物.若虚物A,B，正好在L的焦平面上，则从L出射的光将是平行光.若1 1222在匕后面垂直光轴放置一个平面反射镜，则最后必然在物屏上成实像A,B,.此时分别测出L2的位置及 虚物的位置，则就是待测凹透镜的焦距f.42(2) 用实物成实像法：参看图2,将物屏、透镜固定在导轨上，间距大于焦距(可利用自准法数据)，利用左右逼近测 读法，从左至右移动像屏找到清晰的图像，再从右至左移动像屏，找到清晰的图像，重复3次。记录此 时物屏、透镜、像屏的位置，计算焦距。(3) 固定物屏和像屏的位置，使D > 4f (可利用自准法数据)，采用左右逼近测读法分别测定凸透 镜在像屏上成一大一小两次像的位置，重复3次，计算焦距。3. 凹透镜焦距的测量(虚物成实像法：)安置好光源、物屏、凸透镜和像屏，使像屏上形成缩小清晰的像，用左右逼近测读法测定像屏 的位置，同时固定物屏和凸透镜。在凸透镜和像屏之间放入凹透镜，移动像屏，直至像屏上出现清晰的像，用左右逼近测读法测 定像屏的位置，并记录凹透镜的位置，重复2次，计算凹透镜的焦距。注意符号。02116166£ 弟0826 TZI 'OSsz+6 3961 'OSSO10皿9.mmgg皿6节.-mmjg -£1 .驱SS6星IS86 81史98 11OSniO63 PZ顼.Zl宓Zl .找IZl .找zZl .找iI972= J7S=J酬0+(Z)102= JIOS=J皿00Z (I)zi .找zi .找zzi .找zi .找i花-皿）计tg=s=j苦我耳-I剽骐如（一）做空麟魏活在224.1250.47103.42130(1) 40mmf =53.42mm 1f =53.79mm2(2) 200mmf =198.98mm 1f =198.50mm 2(二)凹透镜次数物A凸O1凹O2像A像A, 1124.1270101.04105.39130224.1270100.78105.391402124.127096.11105.39140224.127097.66105.39120透镜1f =51.19mm1f =52.24mm2透镜2f =117.68mm1f =118.20mm2六、思考题1. 用共轭法测凸透镜焦距有什么优点？用共轭法测凸透镜焦距不需要准确确定凸透镜光心的位置，若使用公式法，由于光心的位置不确定， 会造成物距和像距都测不准确，从而测出的焦距误差很大.而使用共轭法，只需要测量凸透镜移动的 距离，光心的具体位置是无关紧要的。2. 共轭法测凸透镜焦距时，二次成像的条件是什么？有何优点？二次成像的条件是箭物与屏的距离D必须大于4倍凸透镜的焦距。用这种方法测量焦距，避免了测 量物距、像距时估计光心位置不准所带来的误差，在理论上比较准确。3. 测凹透镜焦距的实验成像条件是什么？两种测量方法的要领是什么？一是要光线近轴，这可通过在透镜前加一光阑档去边缘光线和调节共轴等高来实现；二是由于凹 透镜为虚焦点，要测其焦距，必须借助凸透镜作为辅助透镜来实现。物距像距法测凹透镜的要领是固定箭物，先放凸透镜于光路中，移动辅助凸透镜与光屏，使箭物在 光屏上成缩小的像（不应太小）后固定凸透镜，记下像的坐标位置（P）；再放凹透镜于光路中，并移 动光屏和凹透镜，成像后固定凹透镜（02），并记下像的坐标位置（P'）；此时O2P = u，O2P'=v。用自准法测凹透镜焦距的要领是固定箭物，取凸透镜与箭物间距略小于两倍凸透镜的焦距后固定凸 透镜（01），记下像的坐标位置（P）；再放凹透镜和平面镜于01P之间，移动凹透镜，看到箭物平面 上成清晰倒立实像时，记下凹透镜的坐标位置（02），则有f2 = 02P。七、原始数据
