1、實用標準文案薄透鏡焦距測量【實驗目的】1 1 . .學習光學儀器的使用和維護規那么,學會調節光學系統使之等高共軸.2 2. .掌握測量薄會聚透鏡和發散透鏡焦距的方法.3 3. .觀察透鏡成像,并從感性上了解透鏡成像公式的近似性.【實驗儀器】光具座,底座及支架,薄凸透鏡,薄凹透鏡,平面鏡,物屏有透光箭頭的鐵皮屏,像屏白色,有散光的作用.【實驗原理】透鏡是光學儀器中最根本的元件,焦距是反映透鏡特性的重要物理量.為了正確使用光學儀器,必須掌握透鏡成像規律,學會光路調節技術和焦距測量方法.1.自準直法測量凸透鏡焦距如圖 1-11-1 和圖 1-21-2 所示,當物 P P 在焦點處或焦平面上時,經透鏡

2、 L L后光是平行光束,經平面鏡反射再經透鏡后成像于原物 P P 處.因此,P P點到透鏡 L L 中央點的距離就是透鏡的焦距 f f.精彩文檔實用標準文案圖 1-1:自準直法測量焦距原理圖 1當實物具體實驗中為狹縫光源剛好在凸透鏡焦點時,會在實物處呈現倒立等大的實像.實物和凸透鏡之間的距離即是焦距的值.圖 1-2:自準直法測量焦距原理圖 2光的可逆性原理：當光線的方向返轉時,它將逆著同一路徑傳播.這個方法是利用調節實驗裝置本身,使之產生平行光以到達調焦的目的,所以稱自準直法.2,物距與像距法測量凸透鏡焦距精彩文檔實用標準文案由于對實物,凸透鏡可成實像,所以直接測量凸透鏡的物距 u u、像11

3、1距 v,v,就可以用高斯公式高斯公式的普遍形式：f fV V, ,求出凸透鏡的焦距,如圖 2-12-1 所示圖 2-1:物距與像距法測量焦距原理圖3 .共掘法二次成像法測量凸透鏡焦距如圖 3-13-1, ,取物體與像屏之間的距離 L L 大于 4 4 倍凸透鏡焦距 f f, ,即L4f,L4f,并保持 L L 不變.沿光軸方向移動透鏡,那么在像屏上必能兩次成像.圖 3-1:二次成像法測量焦距原理圖精彩文檔實用標準文案當透鏡在位置 I I 時屏上將出現一個放大清楚的像設此物距為 u,u,像距為 v v；當透鏡在位置 IIII 時,屏上又將出現一個縮小清楚的像設此物距為 uu,像距為 vv, ,

4、設透鏡在兩次成像時位置之間的距離為 C,C,根據透鏡成像公式,可得 u=vu=v, ,u=vu=v 又從圖 3-13-1 可以看出TTL-C工+Cv-L-u=LL-CLC上式稱為透鏡成像的貝塞爾公式.可知,只要測出了 L L 和 C C 的值,就可求得 f f.此方法防止了測量物距和像距時由于估計透鏡光心的位置不準所帶來的誤差 因透鏡的光心不一定與它的對稱中央重合,所以這種方法測焦距 f f,既簡便,準確度又較高.4 .輔助透鏡法測量凹透鏡焦距由于對實物,凹透鏡成虛像,所以直接測量凹透鏡的物距、像距,難以兩全.我們只能借助與凸透鏡成一個倒立的實像作為凹透鏡的虛物,虛物的位置可以測出.精彩文檔實

5、用標準文案圖 4-1凹透鏡能對虛物成實像,實像的位置可以測出.于是,就可以用高斯公式求出凹透鏡的焦距,如圖 4-14-1 所示.【實驗內容】一、清點實驗儀器和用具二、測量1.自準直法測量凸透鏡焦距物群凸透鐐平面鏡nAP1HJ2光源;INy光具座1如上圖,放置光源、狹縫光源物屏、凸透鏡和平面鏡.物屏面、凸透鏡主截面和平面鏡要和光具座垂直.2目測光源所發出的光是否從物屏上的狹縫透出,且照射到了凸透鏡上.否那么調節光源、或調節物屏、或調節凸透鏡.精彩文檔實用標準文案3在光具座上,左右移動凸透鏡,使物屏上產生一個倒立清楚等大的實像.當共軸很好時,狹縫和實像大局部重合,但這樣很難觀察到實像,所以稍微轉動

6、一下平面鏡一個非常微小的角度,讓實像呈現在狹縫旁邊.4用書或者不透光的紙片遮住平面鏡,該倒立清楚的實像應該消失.此時記錄原始數據：物屏位置和凸透鏡位置.5保持物屏不變,重復 3 3、4 4 步四次,將數據填入表格 1-11-1.2,物距與像距法公式成像法測凸透鏡焦距物屏凸透鏡白屏I1nAI調節光學元件共軸i i 粗調：觀察各光學元件的中央是否在同一高度,否那么調之.iiii 細調：讓物屏和白屏之間的距離大于 4 4 倍凸透鏡焦距,左右移動凸透鏡,會在白屏上呈現兩次清楚的實像,一次為放大的實像,一次為縮小的實像.如果兩次實像的中央位置重合,說明各光學元件共軸.否那么,如果大像中央在小像中央下方,

7、凸透鏡的高度需升高或者物光源光具颶精彩文檔實用標準文案屏的高度降低；反之,凸透鏡的高度需降低或者物屏的高度升高；左右亦然.如上圖擺放光學器件,調節凸透鏡和白屏位置,在白屏上得到倒立、清楚、約等大的實像嚴格等大的實像要求過于苛刻：物距和像距均為 2 2 倍焦距.此時記錄原始數據：物屏、凸透鏡、白屏的位置.重復步驟 2 2 四次,將數據記錄入表格 2-12-13 .共軻法二次成像法測凸透鏡焦距物屏凸透鏡白屏nA光源光具座如上圖擺放光學元件,物屏和白屏之間的距離略大于凸透鏡 4 4 倍焦距保持物屏和白屏不動,左右調節凸透鏡的位置,會在白屏上得到兩次清楚的實像,一次為放大的實像,一次為縮小的實像.此時

8、記錄原始數據：物屏、成大像時凸透鏡、成小像時凸透鏡的位置.保持物屏和白屏位置不變,重復步驟 2 2 四次,記錄相應數據到表格 3-13-1精彩文檔實用標準文案4 .輔助透鏡法測凹透鏡焦距光源光具座1如上圖擺放光學元件,調節凸透鏡和白屏的位置,在白屏中央呈現一個倒立、清楚、約等大的實像.此時記錄原始數據：物屏位置、凸透鏡位置、白屏位置；分別填入表格中物屏、凸透鏡、白屏 1 1虛物對應的表格 4-14-1.2上一步讀完數據之后,凸透鏡和物屏的位置一定不能移動！將白屏移至光具座最右端,把凹透鏡放在凸透鏡和白屏之間,調節凹透鏡高度,使得和凸透鏡等高.左右移動凹透鏡,在白屏上產生一個倒立、清楚、巨大的實

9、像.此時記錄原始數據：凹透鏡的位置、白屏的位置；分別填入表格 4-14-1 中,凹透鏡和“白屏 2 2的位置.3保持凸透鏡和物屏的位置不變,稍微改變白屏的位置,再移動凹透鏡使得像變得更清楚,記錄原始數據：凹透鏡的位置、白屏的位置；分別填入表格中凹透鏡和“白屏 2 2的位置.重復此步驟 4 4 次,記入表格 4-14-1.表格 1-11-1: :自準直法測量凸透鏡焦距精彩文檔物用凸透洗白屏實用標準文案次數12345物屏/cm凸透鏡/cm焦距 f f=|=|物屏位置- -凸透鏡位置| |表格 2-12-1: :物距與像距法測量凸透鏡焦距物距=|物屏位置-凸透鏡位置|；像距=|白屏位置-凸透鏡位置|

10、;11+V表格 3-13-1: :二次成像法測量凸透鏡焦距精彩文檔實用標準文案次數物屏/cm成大像時透鏡Am成小像時透鏡Km廣1屏cm1 143L L=|=|物屏位置- -白屏位置|;C C=|=|成大像時透鏡位置- -成小像時透鏡位置表格 4-14-1: :輔助透鏡法測量凹透鏡焦距次數物加cm凸透鏡cm白屏虛物cm凹透鏡cm白屏2cm12345虛物距 u u= =-I-I 白屏 1/1/虛物-凹透鏡實像距=白屏 2 2-凹透鏡精彩文檔實用標準文案FUVr=u+v使用儀器考前須知：1 1 .光學鏡片取放都必須正確拿著鏡片的邊緣,輕輕放置;2 2 .滑塊在導軌上移動的時候要輕輕滑動,不要用力過度

11、.操作過程中有可能遇到的一些常見問題：1 1 . .自準法測焦距時找不到像或找到的像不是平面鏡反射回來的光線形成的像.(1)(1)凸透鏡的位置不恰當.(2)(2)平面鏡沒有與透鏡平行.(3)(3)同軸等高沒有高速調節好.當實物(具體實驗中為狹縫光源)剛好在凸透鏡焦點時,會在實物處呈現倒立等大的實像.實物和凸透鏡之間的距離即是焦距的值.此時如果遮住平面鏡,實像會消失.但是光不會全部透過凸透鏡,在凸透鏡的兩個外表均會有光線反射回來.離實物較遠的一面反射的光可能也會聚焦成為實像,這個實像并精彩文檔實用標準文案不是平面鏡反射回來的光線形成的像,這時遮住平面對實像沒有任何影響.2 2 . .物距與像距法

12、測量凸透鏡焦距時無論怎么移動凸透鏡都無法得到清楚的實像.一般原因：物屏和白屏之間的距離小于 4 4 倍焦距.3 3. .測凹透鏡焦距時不能找到像最清楚的位置.(1)(1)凸透鏡產生的像是放大的實像.(2)(2)凸透鏡與物的距離比凸透鏡的二倍焦距大很多.對于用輔助透鏡法測量凹透鏡焦距的實驗中,用凸透鏡所成實像的位置即是凹透鏡成像中虛物的位置.虛物和凹透鏡之間的距離為虛物距,如果使用高斯公式,虛物距取負值.實像和凹透鏡之間的距離為像距,實像距取正值.因此使用高斯公式所得的凹透鏡焦距為負值.在實驗中需要注意：一旦讀取了虛物的位置,狹縫光源和凸透鏡的位置不能再變動,否那么虛物的位置就變動.精彩文檔實用

13、標準文案實驗1薄透鏡焦距的測量同題詩論1 .為什么票調節光學咸統共軸？調節共軸有那些要求？公樣調節？2.為什么實驗中常用白屏作為成像的光屏？可任用黑解、透明半玻璃、毛破墻,為什么？3 .為什么寶物經會聚避徽兩次成像時,國須使物體與像扉之間的距度L大 透鎰段距的d倍？實驗中如果L選擇小當.對r的遮量右何骷船4 .在薄透轆或像的高斯公式中,小f在只體應用時其正,負號如何現定？?薄透境焦距的測品?附錄L有美搏港蜻4的局部術曙m再誘保L片透情的厚度與其球面的曲率半譯相比,小祖可以凝略不計 a 那么稱為薄透鏡n力_L光軸：性接透鏡兩球面曲率中央的比線.稱為透值的_L光地,13光心T透情E雌而卜的中央點.

14、調河調點的肥線,不日電原來的方向.將這點為光心n4用光軸,也過此心的任,紅線柞為蒲透境的副把軸.5：主截面能過光心而施11主元粕的平面作為適惟的士截面-63物空同：規定人射光束在其中借什的空何卷為物空河.7像空阿,灰射為束在其中進行的空同稱為像空間.幅像焦點FI第二焦點卜平擰于光軸的光束,經透糧折射后,會聚干主光軸上的一點林像點口O像焦距,第二焦距箕從逡境的光心到像焦點F的電寓稱為港:透疑的譙距,門0物隹點第一焦點,上光袖上發光點發宙的光經薄透鐐折射后成為柬平行光.此點稱物焦點F.門IJ物能即/?第一焦點良從透域比心u到F的距勒林為薄透詭的捌臚.U2副焦點工平行于任一副光軸的平燈光,通過進饋后會聚這副光軸上的一點,逵一點稱為副焦點.精彩文檔實用標準文案門3焦平面焦平面就工由許許多多副焦點的集合兩成的平面1或定義為工過宏點而垂直于主光軸的平面,也稱焦平面.CU實像二門物點發出的光線經透鏡折射后,實際加聚于一點的像.115虛懾：自物點