文档介绍：仿真实验
(单摆测重力加速度和单透镜焦距的测定)
引言
随着计算机应用的普及,在各个应用领域都采用计算机设计和仿真,在大学物理实验课教学中,除了实际操作外还可以进行计算机仿真实验,对有些内容采用仿真实验也可以起到很好的效果。
一、实验目的:
1、了解仿真实验特点
2、学会用仿真实验完成单摆测重力加速度
3、学会用仿真实验完成单透镜焦距的测定
二、实验仪器:
计算机、仿真软件
三、实验原理
1、单摆的工作原理
单摆在摆动过程中,当摆角小于5度时,其运动为简谐运动,周期,通过测定摆长与可测定加速度。
详细请见:课本240-243页
2、单透镜焦距测定的原理
凸透镜的成像规律为:像的大小和位置是依照物体离透镜的距离而决定的
当时,极远处的物体经过透镜在后焦点附近成缩小的倒立实像。
当时,物体越靠近前焦点,像逐渐远离后焦点且逐渐变大。
当时,物体位于前焦点,像存在于无穷远处。
当时,物体位于前焦点以内,像为正立放大的虚像,与物体位于同侧,由于虚像点是光线反方向延长的交点,因此不能用像屏接收,只能通过透镜观察。
(1)、自准直法测凸透镜的焦距
光路图如下图1所示。当物体A处在凸透镜的焦距平面时,物A上各点发出的光束,经透镜后成为不同方向的平行光束。若用一与主光轴垂直的平面镜M将平行光反射回去,则反射光再经透镜后仍会聚焦于透镜的焦平面上,此关系就称为自准直原理。所成像是一个与原物等大的倒立实像A′。所以自准直法的特点是,物、像在同一焦平面上。自准直法除了用于测量透镜焦距外,还是光学仪器调节中常用的重要方法。
物A
物A′
L
f
x1
x2
图1自准直法光路图
M
凸透镜焦距: (1)
x1为物屏在光具座上位置读数,x2为凸透镜在光具座上位置读数。
(2)、贝塞尔法(共轭法,二次成像法)测凸透镜的焦距
利用凸透镜物像共轭对称成像的性质测量凸透镜焦距的方法,叫共轭法。所谓“物像共轭”是指物与像的位置可以互换,透镜位置与像的大小一一对应。
固定物与像屏间的距离不变,并使间距D大于4f,则当凸透镜置于物体与像屏之间时,移动凸透镜可以找到两个位置,使白屏上都能得到清晰的实像。一个大像,一个小像。如图2。
物屏
A’’
A’
透镜第一次位置
u1
图2共轭法光路图
透镜第二次位置
v1
v2
u2
d
D
像屏
透镜移动的距离为,物屏、像屏之间的距离为,运用物像共轭的对称性质有:
(2)
只要测出和,即可求出。
以上两种方法,共轭法测出的焦距一般较为准确,它避免了物距像距法估计光心位置不准带来的误差,它毋须考虑透镜本身的厚度。
(3)、物距像距法测凹透镜的焦距
凹透镜是发散透镜,无法成实像,因而无法直接测量其焦距,往往采用一凸透镜作辅助透镜来测量。
测量方法:辅助透镜成像法
设物屏发出的光,经辅助凸透镜成实像于处,放入待测焦距的凹透镜成实像于处,则和相对于来说分别是虚物和实像。分别测出到和的距离和,根据(1)式,就可以算出焦距。如图3所示。
B
图3测量凹透镜焦距光路图
L1
x1
x2
x3
v
u
A
A’
A’’
O1
O2
L2
B’
B’’
实物AB经凸透镜L1成像于A′B′。在L1和A′B′之间插入待测凹透镜L2,就