文档介绍：实验11薄透镜焦距的测量光学仪器的核心部件是光学元件,大量的基本元件是透镜,一个复杂的光学仪器透镜多达几十块、上百块。不同的目的,常需要使用不同焦距的透镜。焦距是薄透镜的光心到其焦点的距离,是薄透镜的重要参数之一,物体通过薄透镜而成像的位置及性质(大小、虚实)均与其有关。焦距的测量是否准确主要取决于光心及焦点(或物的位置、像的位置)定位是否准确。一般来说,测量透镜焦距的方法很多,应该根据不同的透镜、不同的精度要求和具体的可能条件选择合适的方法。本实验使用多种方法,分别测量凸透镜和凹透镜的焦距,并比较各种方法的优缺点。[实验目的]1、学****简单光路的“等高共轴”调整,掌握光路的分析和调整方法。2、了解测量薄透镜焦距的原理,加深对薄透镜成像规律的认识与理解。3、学会用自准直法和二次成像法测量薄透镜焦距的方法。[实验仪器]光具座、凹透镜、凸透镜、平面反射镜、光源、物、屏等。[预****思考题]1、如何在光具座上将各光学元件调至等高共轴?2、自准直法测量凸透镜焦距时,若透镜光心和透镜架底座读数准线不共面,会产生什么性质的误差?实验中如何消除这种误差?[实验原理]设薄透镜的像方焦距为,物距为,对应的像距为,对于近轴光线入射,则透镜成像的高斯公式为:故               (1)应用上式时,必须注意各物理量所适用的符号定则。本实验规定:距离自参考点(薄透镜光心)量起,与光线进行方向一致时为正,反之为负。运算时已知量添加符号,未知量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。1、测量凸透镜焦距物距、像距法测凸透镜焦距:光路图如图1所示。在一定条件下可以成实像,测出物距s和像距s’后,代入透镜成像公式即可算出凸透镜的焦距两次成像法测凸透镜焦距:光路图如图2所示。设保持物体(屏)与像屏的相对位置不变,并使其距离,当凸透镜置于物体(屏)与像屏之间时,可以找到两个位置,像屏上都能得到清晰的像,如图所示。透镜两个位置(Ⅰ与Ⅱ)之间的距离的绝对值为(问:为何要求?)。运用物像的共轭对称性质,容易证明(2)图2二次成像法只要测出和,就可以算出。由于是通过透镜两次成像而求得的,因而此法又称为两次成像法。同时可以看出,成像时都是把透镜看成无限薄的,物距与像距都近似地用从透镜光心算起的距离来代替,而这种方法中则毋须考虑透镜本身的厚度。因此,用这种方法测出的焦距一般较为准确。自准直法测凸透镜焦距:光路图如图3所示,在透镜像后方放一平面镜,将物光经透镜折射后的光线反射回去,移动透镜使其在物平面上成一清晰像,则物p到透镜之间的距离即为焦距。2、测量凹透镜焦距物距、像距法测凹透镜焦距:凹透镜是发散透镜,所成像为虚像,不能用像屏接收。为了测量凹透镜的焦距,常用辅助凸透镜与之组成透镜组,使能得到能用像屏接收的实像。其测量原理如图4所示:到的距离是的物距,到的距离是的像距,代入公式即可。图4物距、像距法自准直法测凹透镜焦距:凹透镜是发散透镜,所成像为虚像,不能用像屏接收。为了测量凹透镜的焦距,常用辅助凸透镜与之组成透镜组,使能得到能用像屏接收的实像。其测量原理如图5所示。与的距离,就是的焦距图5自准直法[实验内容和实验步骤]实验前准备:1、实验测试前,在光具座上将各光学元件调至等高共轴。可分两步进行。①粗调:先将透镜等元器件向光源靠拢,调节高低、左右位置,凭目视使光源、物屏上的透光孔底端中心、透镜光心、像屏的中央大致在一条与光具座导轨平行的直线上,并使物屏、透镜、像屏的平面与导轨垂直。②细调:利用透镜二次成像法来判断是否共轴,并进一步调至共轴。当物屏与像屏距离大于4f时,沿光轴移动凸透镜,将会成两次大小不同的实像。若物ⅠⅡP图6 透镜二次成像法来判断是否共轴的中心P偏离透镜的光轴,则所成的大像和小像的中心P′和P″将不重合,但小像位置比大像更靠近光轴(如图6所示)。就垂直方向而言,如果大像中心P′高于小像中心P″,说明此时透镜位置偏高(或物偏低),这时应将透镜降低(或把物升高)。反之,如果P′低于P″,便应将透镜升高(或将物降低)。调节时,以小像的底端中心位置为参考,调节透镜(或物)的高低,逐步逼近光轴位置。当大像底端中心P′与小像底端中心P″重合时,系统即处于共轴状态。当有两个透镜需要调整(如测凹透镜焦距)时,必须逐个进行上述调整,即先将一个透镜(凸)调好,记住像底端的中心在屏上的位置,然后加上另一透镜(凹),再次观察成像的情况,对后一个透镜的位置上下、左右的调整,直至像中心仍旧保持在第一次成像时的中心位置上。注意,已调至同轴等高状态的透镜,在后续的调整、测量中绝对不允许在变动。2、实验中,要正确判断成像的清晰位置。能够正确判断成像的清晰位置是光学实验获得准确结果的关键,为了准确地找到像的最清晰位置,可采用左右逼近法读数。先使像屏从左向右移动,到成像清晰为止,记下像屏位置,再自