文档介绍：实验一薄透镜焦距的测量实验一薄透镜焦距的测量一、实验目的1、通过实验进一步理解透镜的成像规律,2、掌握测量透镜焦距的几种方法,3、掌握和理解光学系统共轴调节的方法。二、实验原理1、薄透镜成像原理及其成像公式将玻璃等一些透明的物质磨成薄片,其表面都是球面或有一面为平面的就成了透镜,有中央厚、边缘薄的凸透镜和边缘厚、中央薄的凹透镜两大类。称连接透镜两球面曲率中心的直线叫做透镜的主光轴,透镜两表面在其主轴上的间距叫透镜厚度。厚度与球面的曲率半径相比可以忽略不计的透镜称为薄透镜。薄透镜两球面的曲率中心几乎重合为一点,这个点叫做透镜的光心。实验中透镜两边媒质皆为空气。凸透镜亦称为会聚透镜,凹透镜亦称为发散透镜。如图1所示,平行于凸透镜主光轴的一束光入射凸透镜,折射后会聚于主光轴上,会聚的光线与主光轴的交点即为凸透镜的焦点,焦点到光心的距离为焦距。如图2所示,平行于凹透镜主光轴的一束光入射凹透镜折射后成为发散光,发散光线的反向延长线与主光轴的交点即为凹透镜的焦点,与凹透镜光心的距离为焦距。在近轴光线条件下,薄透镜的成像公式为:式中为物距,为像距为焦距,对于凸透镜、凹透镜而言,恒为正值,像为实像时为正,像为虚像时为负,对于凸透镜恒为正,凹透镜恒为负。12、测量凸透镜焦距的原理,1,自准法(如图3)位于凸透镜焦平面上的物体上(实验中用一个圆内三个圆心角为的扇形)各点发出的光线,经透镜折射后成为平行光束(包括不同方向的平行光),由平面镜反射回去仍为平行光束,经透镜会聚必成一个倒立等大的实像于原焦平面上,这时像的中心与透镜光心的距离就是焦距。,2,共轭法,位移法,由图4可见,物屏和像屏距离为(),凸透镜在、两个位置分别在像屏上成放大和缩小的像,由凸透镜成像公式可得:成放大的像时,有成缩小的像时,有又由于可得3、测量凹透镜焦距的原理,1,自准法通常凹透镜所成的是虚像,像屏接收不到,只有与凸透镜组合起来才可能成实像。凹透镜的发散作用同凸透镜的会聚特性结合得好时,屏上才会出现清晰的像,如图5所示。测凹透镜焦距的自准法就成为测凸、凹透镜组特定位置时的自准法了。来自物点的光线经凸透镜成像于点,在和点间置一凹透镜和平面镜,仅移动使得由平2面镜反射回去的光线再经、后成像于物点处。对于这时的和透镜组来说,点则为其焦点,在与间的光线也一定为平行光,对于来说,从反射回去的平行光线入射成虚象于点,即凹透镜的焦点,它与光心的距离就为该凹透镜的焦距。(2)物距-像距法将凹透镜与凸透镜组成透镜组,这就可以用成像法测凹透镜的焦距。如图6所示,来自物点的光线经过凸透镜成像于点,在与点之间放入待测凹透镜,移动可在像屏上找到经透镜组所成的像,此时由于的发散作用,所成的像从处移至处。对于而言,假想将物放在处,则物发出的光线入射发散后反向延长相交于点(即成像于此),这里与即分别为物距和像距,利用透镜成像公式即可求出凹透镜的焦距。三、实验装置光具座,钠光灯,凸透镜,凹透镜,平面镜,物屏,白屏,二维、三维调节架,二维、三维平移底座,通用底座,升降调节座。四、实验内容1、在光学平台上,调节实验中用到的透镜,物的中心,像屏的中心使之位于平行于光学平台的同一直线上,此即为共轴调节。(1)粗调让所需调整仪器彼此靠近,通过眼睛观察和判断,将透镜、物、像屏的几何中心调至等高位置上,并使其所在平面彼此平行,这就达到了彼此平行且中心等高。(2)细调依靠仪器和光学成像规律来鉴别和调节。可以利用多次成像的方法,即只有当物的中心位于光轴上时,多次成像时像的中心才会重合在一起。也可分别利用自准法测凸透镜和凹透镜焦距的原理,调节透镜高低使得所成像与物互补即中心重合。2、用自准法测凸透镜的焦距。自准法测凸透镜焦距就是用平面镜取代像屏,调整物与透镜的距离,直到在物屏上成一个清晰、倒立且与物等大的像(即像与物互补形成一个完整的圆)。重复测量3次。3、用共轭法测凸透镜的焦距。固定物屏与像屏之间的距离A,粗略估计凸透镜焦距,使满足,但不宜过大否则成像不清,略大一些即可。在物屏与像屏之间移动透镜,记下成放大像与缩小像时透镜的位置,算出两位置之差的值。由共轭成像关系可得出计算焦距的公式。由和可算出而不必测物距和像距,这样就避免了因凸透镜光心位置的不确定带来和的误差。取3个不同的,分别各测1次。34、用自准法测凹透镜的焦距,重复测量3次。5、用物距-像距法测凹透镜的焦距(测量时尽量用缩小的像),重复测量3次。五、数据记录及处理凸透镜:=x,x010x1123凸透镜:,x,x1230l,x,x21123凹透镜: