1、 為實(shí)驗(yàn)一薄透鏡焦距的測(cè)定【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 進(jìn)一步理解透鏡成像的規(guī)律；2. 掌握測(cè)量薄透鏡焦距的幾種方法；3. 學(xué)會(huì)光具座上各元件的共軸調(diào)節(jié)方法。 【實(shí)驗(yàn)儀器】光具座、凸透鏡、凹透鏡、平面鏡、像屏、物屏、光源。【實(shí)驗(yàn)原理】1、薄透鏡焦距的測(cè)定透鏡的厚度相對(duì)透鏡表面的曲率半徑可以忽略時(shí)，稱(chēng)為薄透鏡。薄透鏡的近軸光線成像公式為：1 丄丄(3 1 1)s s f式中s為物距，S/為像距，f為焦距。其符號(hào)規(guī)定如下：實(shí)物時(shí)s取正，虛物s取負(fù)；實(shí) 像時(shí)S/取正，虛像時(shí)S/取負(fù)；f為透鏡焦距，凸透鏡取正，凹透鏡取負(fù) 。（1）位移法測(cè)定凸透鏡焦距（貝塞爾法又稱(chēng)共軛成像法）據(jù)光線可逆性原理可得：S1= S2,

2、S2= S1A L'A L則 S1S2，s2s!2將此結(jié)果代入式（3 11 ）可得：A2 L2f(3 1 2)4A只要測(cè)出A和L的值，就可算出f。如圖1所示，如果物屏與像屏的距離 A 保持不變，且A > 4f，在物屏與像屏間移動(dòng) 凸透鏡，可以?xún)纱慰吹轿锏膶?shí)像，一次成 倒立放大實(shí)像，一次成倒立縮小實(shí)像，兩 次成像透鏡移動(dòng)的距離為L(zhǎng)。（2）自準(zhǔn)直法測(cè)凸透鏡焦距光路圖如圖2所示。當(dāng)物體AB處在凸透鏡 的焦距平面時(shí)，物AB上各點(diǎn)發(fā)出的光束，經(jīng)透 鏡后成為不同方向的平行光束。若用一與主光軸垂直的平面鏡將平行光反射回去，則反射光 再經(jīng)透鏡后仍會(huì)聚焦于透鏡的焦平面上，此關(guān)系就稱(chēng)為自準(zhǔn)直原理。所

3、成像是一個(gè)與原物等 大的倒立實(shí)像A B（此時(shí)物到透鏡的距離即為焦距）。所以自準(zhǔn)直法的特點(diǎn)是：物、像在同為viZk#一焦平面上。自準(zhǔn)直法除了用于測(cè)量透鏡焦距外，還是光學(xué)儀器調(diào)節(jié)中常用的重要方法。（3）物距一像距法測(cè)凹透鏡焦距（利用虛物成實(shí)像求焦距） 如圖3所示，先用凸透鏡Li使AB成實(shí)象AiBi，像Ai Bi便可視為凹透鏡L2的物體（虛物）所在位置，然后將凹透鏡 L2放于Li和AiBi之間，如果02Ai< I f2 I,貝U通過(guò)Li的光束經(jīng)L2折射后，仍能形成一實(shí)象 A2B2。物距 s = 02Ai，像距 s'= O2A2，代入公式（3 i i），可得凹透鏡焦距。2、光具座上的共軸

4、調(diào)節(jié)圖3物距一像距法測(cè)凹透鏡焦距由于應(yīng)用薄透鏡成像公式時(shí)，需要滿足近軸光線條件，因此必須使各光學(xué)元件調(diào)節(jié)到同軸。所謂光學(xué)的共軸，是指各透鏡的光軸重 合，物面中心處在光軸上，并且物面、屏面垂直于光軸，照明光束也大體沿光軸方向。本實(shí) 驗(yàn)中還必須使光軸與光具座的導(dǎo)軌嚴(yán)格平行。具體方法可分兩步進(jìn)行。粗調(diào)：先將透鏡等元器件向光源靠攏，調(diào)節(jié)高低、左右位置，憑目視使光源、物屏上 的透光孔中心、透鏡光心、像屏的中央大致在一條與光具座導(dǎo)軌平行的直線上，并使物屏、P'P透鏡、像屏的平面與導(dǎo)軌垂直。細(xì)調(diào)：利用透鏡二次成像 法來(lái)判斷是否共軸，并進(jìn)一步調(diào) 至共軸。當(dāng)物屏與像屏距離大于 4f時(shí)，沿光軸移動(dòng)凸透鏡，

5、將會(huì) 成兩次大小不同的實(shí)像。若物的 中心P偏離透鏡的光軸，則所成 的大像和小像的中心 P'和P 將不重合，但小像位置比大像更 靠近光軸（如圖4所示）。就垂直方向而言，如果大像中心 P'高于小像中心P，說(shuō)明此時(shí) 透鏡位置偏高（或物偏低），這時(shí)應(yīng)將透鏡降低（或把物升高）。反之，如果P'低于P， 便應(yīng)將透鏡升高（或?qū)⑽锝档停Ｕ{(diào)節(jié)時(shí)，以小像的中心位置為參考，調(diào)節(jié)透鏡（或物）的高低，逐步逼近光軸位置。當(dāng) 大像中心P'與小像中心P重合時(shí)，系統(tǒng)即處于共軸狀態(tài)。當(dāng)有兩個(gè)透鏡需要調(diào)整（如測(cè)凹透鏡焦距）時(shí)，必須逐個(gè)進(jìn)行上述調(diào)整，即先將一個(gè)透 鏡（凸）調(diào)好，記住像中心在屏上的位置，

6、然后加上另一透鏡（凹），再次觀察成像的情況,對(duì)后一個(gè)透鏡的位置上下、左右的調(diào)整，直至像中心仍舊保持在第一次成像時(shí)的中心位置上。 注意，已調(diào)至同軸等高狀態(tài)的透鏡，在后續(xù)的調(diào)整、測(cè)量中絕對(duì)不允許在變動(dòng)。 肅為 vi/mf【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1 用位移法測(cè)定凸透鏡焦距將光源、物、待測(cè)透鏡、屏放置在光具座上。調(diào)節(jié)各元件使之共軸。對(duì)公式(31 2)中未知量進(jìn)行測(cè)量。測(cè)三次，求出每次測(cè)量的焦距值和平均值。2用自準(zhǔn)直法測(cè)定凸透鏡的焦距用平面反射鏡替換屏，根據(jù)自準(zhǔn)直法原理測(cè)量透鏡焦距。3用物距一像距法測(cè)定凹透鏡焦距(1) 按圖3所示，使物經(jīng)凸透鏡成縮小的像于屏上。(2) 在凸透鏡與屏之間放入凹透鏡，量出凹透鏡與屏的距

7、離S。(3) 凸透鏡、凹透鏡不動(dòng)，移動(dòng)屏直至成一清晰的實(shí)像，量出凹透鏡與屏的距離S/。(4) 重復(fù)測(cè)量三次，用公式(3 1 1)計(jì)算出凹透鏡焦距和平均值。 數(shù)據(jù)處理：用位移法測(cè)定凸透鏡焦距次數(shù)物透鏡位置1透鏡位置2像屏A(cm)L(cm)f(cm)123焦距的平均值自準(zhǔn)直法次數(shù)物透鏡f (cm)123焦距的平均值物距一像距法測(cè)定凹透鏡焦距次數(shù)A / B，位置A” B位置L2位置S (cm)Sz (cm)f (cm)123焦距的平均值【實(shí)驗(yàn)步驟】1調(diào)節(jié)系統(tǒng)共軸(1) 粗調(diào)：先將透鏡等元器件向光源靠攏，調(diào)節(jié)高低、左右位置，憑目視使光源、物屏上的透光孔 中心、透鏡光心、像屏的中央大致在一條與光具座導(dǎo)

8、軌平行的直線上，并使物屏、透鏡、像 屏的平面與導(dǎo)軌垂直。(2) 細(xì)調(diào)：使物與屏的距離足夠遠(yuǎn)，移動(dòng)透鏡能夠看到兩次成像。將透鏡放在成小像的位置上，調(diào)節(jié)屏，使像的中心與屏上十字線的中心重合。再將透鏡 放在成大像的位置上，調(diào)節(jié)透鏡，使像的中心與屏上十字線的中心重合。再將透鏡放在成小像的位置上，重復(fù)以上步驟，直到大像中心與小像中心重合。2用位移法測(cè)定凸透鏡的焦距將光源、物、屏的位置固定，移動(dòng)透鏡成兩次像，量出物屏的距離A和兩次成像透鏡移動(dòng)的距離L,用公式3-1-2計(jì)算出透鏡的焦距。改變屏的位置，重復(fù)上述步驟。測(cè)三次，求出焦距的平均值。3用自準(zhǔn)直法測(cè)定凸透鏡焦距在透鏡后面放上平面反射鏡，移動(dòng)透鏡，使得在

9、物平面上看到清晰、等大的反射像，量 出物與鏡的距離。重復(fù)三次求焦距的平均值。4用物距一像距法測(cè)定凹透鏡焦距(1) 按圖3-1-3所示，使物經(jīng)凸透鏡成縮小的像于屏上；(2) 在凸透鏡與屏之間放入凹透鏡，量出凹透鏡與屏的距離s；(3) 凸凹透鏡均不動(dòng)，移動(dòng)屏直至成一清晰的實(shí)像 D '，并調(diào)節(jié)凹透鏡使像的中心與屏 上十字線的中心重合，量出凹透鏡與屏的距離 s'(4) 用公式3-1-1計(jì)算出凹透鏡焦距；(5) 重復(fù)三次，求出焦距的平均值。思考題：1實(shí)驗(yàn)中，用什么測(cè)量方法確定清晰像的位置？能夠正確判斷成像的清晰位置是光學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得準(zhǔn)確結(jié)果的關(guān)鍵，為了準(zhǔn)確地找到像的最 清晰位置，可采用左右逼

10、近法讀數(shù)。先使像屏從左向右移動(dòng)，到成像清晰為止，記下像屏位 置，再自右向左移動(dòng)像屏，到像清晰再記錄像屏位置，取其平均作為最清晰的像位。2.為什么位移法中，要求 A > 4f ?由s=A-sz代入公式3-1-1得：s' As Af 0要使該方程由兩個(gè)解（s，有兩個(gè)根），需A 24 1 Af 0 即 A>4f。3. 使用1字物屏、平面反射鏡、凸透鏡、白屏各一塊，設(shè)計(jì)一個(gè)用自準(zhǔn)直法測(cè)量凹透鏡的實(shí) 驗(yàn)，作出光路圖，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)原理。E10-5如圖10-5所示，將物點(diǎn)A置于凸透鏡Li的主光軸 上，測(cè)出其成像位置 B。將待測(cè)凹透鏡L2和一個(gè)平 面反射鏡M置于L1和B之間。移動(dòng)L2，使由M 反射回去的光線經(jīng) L2、L1后，仍成像于A點(diǎn)。此 時(shí)，從凹透鏡到平面鏡上的光將是一束平行光，B點(diǎn)就是由M反