1、南昌大學物理實驗報告課程名稱：大學物理實驗實驗名稱：透鏡焦距測量與光學設計學院：專業班級：學生姓名：學號：實驗地點：座位號：實驗時間：一、實驗目的：1. 觀察薄凸透鏡、凹透鏡的成像規律。2. 學習測量焦距的方法：自準法、物像法、共軛法測凸透鏡焦距；輔助成像測凹透鏡焦距。3. 通過實驗掌握望遠鏡和顯微鏡的基本原理，并在導軌和光具座上用透鏡自組望遠鏡和顯微鏡。4. 通過實際測量了解顯微鏡、望遠鏡的主要光學參量。5. 了解視覺放大率的概念并學習其測量方法。二、實驗原理：1測凸透鏡的焦距（ 1）自準直法如圖 1 所示，用屏上“ 1”字矢孔屏作為發光物。在凸透鏡的另一邊放置一平面反射鏡，光線通過凸透鏡后

2、經平面反射鏡返回孔屏上。移動透鏡位置可以改變物距的大小，當物距正好是透鏡的焦距時，物上任意一點發出的光線經透鏡折射后成為平行光，經平面鏡反射后，再經透鏡折射回到矢孔屏上。這時在矢孔屏上看到一個與原物大小相等的倒立實像。這時物屏到凸透鏡光心的距離即為此凸透鏡的焦距。（ 2）物距像距法如圖 2 所示，用屏上“ 1” 字矢孔作為發光物，經過凸透鏡折射后成像在另一側的觀察屏上。在實驗中測得物距 u 和像距 v，則凸透鏡的焦距為fuvvu用自準直法和物距像距法測凸透鏡焦距時，都必須考慮如何確定光心的位置。光線從各個方向通過凸透鏡中的一點而不改變方向，這點就是該凸透鏡的光心。凸透鏡的光心一般與它的幾何中心

3、不重合，因而光心的位置不易確定，所以上述兩種方法用來測定凸透鏡焦距是不夠準確的，誤差約為1.0%5.0% 。圖 1 自準直法測焦距圖 2物距像距法測焦距3. 共軛法測量凸透鏡焦距如果物屏與像屏的距離 b 保持不變 , 且 b>4f, 在物屏與像屏間移動凸透鏡 , 可兩次成像 . 當凸透鏡移至 O1 處時 , 屏上得到一個倒立放大實像 , 當凸透鏡移至 O2 處時 , 屏上得到一個倒立縮小實像 , 由共軛關系結合焦距的高斯公式得 :實驗中測得a 和 b, 就可測出焦距f. 光路如上下圖所示:4.凹透鏡（輔助成像） ：如下圖所示，在沒有凹透鏡時，物AB 經凸透鏡 L1 后將成實像 AB ，在

4、 L1 和 BA 間插入凹透鏡 L2 后， BA 便稱為了L2 的物，但不是實物，而為虛物。對L2 而言，物距 AO。該虛物由凹透鏡L2 再成實像于 BA, 由透鏡成像公式（ 1）得f 'fss'ss'5. 顯微鏡原理：顯微鏡是用來觀察近處細小物體細節的重要目視光學儀器吧， 它對被觀察物體進行了兩次放大： 第一次是通過物鏡將被觀察物放大于目鏡的分劃板上， 在很靠近物鏡焦點的位置上成倒立放大實像； 第二次是經過目鏡將第一次所成實像再次放大成虛像供眼睛觀察，原理如圖所以經過物鏡和目鏡的兩次放大，顯微鏡的放大率D，其中 D250mm是明視距離。f1f26. 望遠鏡原理：望遠鏡

5、是觀察遠距離物體的光學儀器。 其作用是使通過望遠鏡所看到的物體對眼睛的張角大于用眼睛直接觀察物體的張角，從而產生放大感覺。望遠鏡由物鏡和目鏡組成，物鏡的像方焦點與目鏡的像方焦點重合，因此平行光射入望遠系統后，仍以平行光射出（ 1）開普勒望遠鏡：由兩個凸透鏡組成，物鏡的像方焦點與目鏡的像方焦點重合，望遠系統的垂直放大率僅僅取決于望遠系統的結構參量，于物距無關，即yf0yfe（ 2）伽利略望遠鏡：伽利略望遠鏡是由一個長焦距凸透鏡和一個短焦距凹透鏡組成，物鏡的像方焦點與目鏡的像方焦點重合其工作原理如圖三、實驗儀器：光具座、凸透鏡、凹透鏡、光源、物屏、平面反射鏡、水平尺和濾光片等四、實驗內容和步驟：1

6、共軸調節參照圖3 布置光路，放置物屏和像屏，使其間距D4 f像的頂部（或底部）之中心重合，需反復進行數次調節，方2自準直法測焦距如圖 1 布置光路，調透鏡的位置，高低左右等，使其對，移動透鏡并對它進行高低、左右調節，使兩次所成的能達到要求。物成與物同樣大小的實像于物的下方，記下物屏和透鏡的位置坐標x0 和xL。圖 43物距像距法測焦距如圖 2 布置光路，固定物和透鏡的位置，使它們之間的距離約為焦距的2 倍 ,移動像屏使成像清晰,調透鏡的高度，使物和像的中點等高,左右調節透鏡和物屏，使物與像中點連線與光具座的軸線平行,用左右逼近法確定成理想像時，,5五、實驗數據與處理：1.凸透鏡（ 1）自準法物

7、透鏡1145.1949.5f1145.1949.5195.6mm2. 物像法物 B透鏡 O像 B1231.0932.0279.01200.0900.02480s11231.0932.0299.（0 mm ）s1'279932653.（0 mm ）s21200.0900.0 300.（0 mm ）s2'248.0900.0652.（0 mm ）由 f 'fss'' 得ssf1'299.0 （653.0）205.1(mm )299.0(653.0)f 2'300.0 （652.0）205.5( mm)300 （652）ff1'f 2&

8、#39;205.1205.5205.3(mm )222f i ' ) 2( f22fi1205.1205.3205.5205.30.28( mm)(21)f 'ff205.30.28 mm物 B（單位： mm ）透鏡 O（單位： mm ）像 B（單位： mm ）1100.01036.0810.01200.01120.0950.0s11100.01036.064.0(mm )s1'810.01036.0226.0(mm )s21200.01120.088.0( mm )s2'950.01120.0170.0( mm )由 f 'fss' '

9、得s sf1'64 22649.8(mm)22664f2'88.0170.058.0( mm)170.088.0ff 1'f2'53. 9 ( cm)22' ) 2(ff ifi15 . 8 ( mm)(21 )f 'ff53.95.8mm3）共軛法物 B（單位： mm） 透鏡 O1（單位：透鏡 O2（單位：像 B（單位：mm ）mm）mm）1200.0900.0600.0300.01100.0580.0750.0250.0D11200.0300.0 900.0(mm )d1900600 300.0( mm )D21100.0250.0850.0

10、(mm )d2750.0580.0270.0(mm )2 2由 f ' D d 得：4Df1'D12d12200.（3mm） f2' D22d22199.5(mm)4D14D2ff1'f 2'199.9( cm)22f i ' )2( ffi10.2( mm)( 21)f 'ff199.9 0.2 mm物 B（單位： cm） 透鏡 O1（單位：透鏡 O2（單位：像 B（單位： cm）cm）cm）1200.01130.0975.0900.01150.01008.9981.5900.0D1405.1195.0201.1(mm )d1351.2

11、255.895.4(mm )D2440.0195.0245.0(mm )d2389.5248.8140.7(mm )2 2由 f ' D d 得：4Df1'D12d1239.0(mm)4D1f 2'D22d2241.7(mm)4D2ff1'f 2'41.739.040.4( mm )222f i ' )2( f22fi139.040.441.740.41.8( mm)( 21)f 'ff40.41.8 mm2.凹透鏡焦距的測定成像法（輔助透鏡法）物凸透鏡 O1凹透鏡 O2像 A1像 A2123.0765.0445.0305.0206.61

12、23.0765.0434.8305.0243.6S1305.0445. 0-140.0 ( mm)s1206.6445. 0-238.4 ( mm)S2305.0434.8-129.8 ( mm)s2243.6434.8-191.2 ( mm)由 fS ? s 得S - sf1S1 ? s134.0 mmS1 - s1f 2S2 ? s240.4（ mm）S2 - s2ff1f 237.2(mm )2f2fi ' )2( fi 14.53(mm)(21)fff37.14.5 mm物凸透鏡 O1凹透鏡 O2像 A1像 A2123.0765.0527.5305.0116.2123.0765.0551.2305.0113.0S1527.5 - 305.0222.5( mm )s1527.5 - 116.2 411.3(mm )S2551.2 - 305.0246.2(mm )s1551.2 - 113.0 438.2(mm )由 fS ? s 得Ssf1198.6 mmf 2202.（4mm ）ff1f 2200.5(mm)2f2f i' ) 2( fi 12.66( mm)(21)fff200.52.7 mm3.望遠系統1）開普勒望遠鏡：（單位 mm）物 A物鏡 O1目鏡 O