文档介绍：实验一薄透镜焦距的测定
实验目的
１．学会调节光学系统使之共轴。
２．掌握测量薄会聚透镜和发散透镜焦距的方法。
３．验证透镜成像公式，并从感性上了解透镜成像公式的近似性。
实验仪器
CXJ－1型光具。狭缝 P 与透镜 L 之间的距离，就是透镜的第二焦距 f ' 。这个方
法是利用调节实验装置本身，使之产生平行光以达到调焦的目的，所以称自准直法。
３．用物距与像距法测量凹透镜焦距
由于对实物，凹透镜成虚像，所以直接测量凹透镜的物距、像距，难以两全。我们只能借助与凸透镜成一个倒立的实像作为凹透镜的虚物，虚物的位置可以测出。凹透镜能对虚物成实像，实像的位置可以测出。于是，就可以用高斯公式求出凹透镜的焦距
f ，如图 5—1—4 所示。

Q
S0

L1 L2
p1 p 2
P1 P2
图５—1—4
实验内容
１．共轭法测量凸透镜焦距
（１）粗调，将光具座上的光具靠拢，调节高低左右；光心中心大致在同一高度和一直线上。
（２）细节，用共轭原理进行调整，使物屏与像屏之间的距离 D 4 f ，将凸透镜从物屏向像屏缓慢移
动，若所成的大像与小像的中心重合，则等高共轴已调节好，若大像中心在小像中心的下方，说明凸透镜位置偏低，应将位置调高；反之，则将透镜调低；左右亦然。详见光学实验基础知识。
（３）读出物屏所在位置 s0 ，像屏所在位置 p，填入自拟的表格中，求出 D
p s0 。
（４）移动凸透镜，使像屏上呈现清晰的放大的倒立实像，记下此时的位置
X 1 ，继续移动凸透镜，使
像屏上呈现清晰的缩小的倒立实像，记下此时的位置
X2 ，求出 d X 2 X1 。
2
重复上述步骤五次，共得四组数据，用（ 5—１—１）式计算出每组的 f ' 值，求出 f ' 的平均值。
２．自准直法测量凸透镜焦距
（１）按图 5—1— 3 所示，在光具座上放置狭缝光源 P 、平面镜 M ，并使它们之间的距离比所测凸透镜的焦距大。在物屏 P 和平面镜 M 之间放上被测量的凸透镜 L 。
（２）适当调节光路，使物屏 P 发出的光通过透镜 L 后，由平面镜 M 再反射回去，并再次通过透镜射
向物屏 P。
（３）在光具座上，前后移动凸透镜，使物屏上产生倒立、等大、清晰的实像，当共轴很好时，物与像
完全重合，用纸片遮住平面镜，清晰的像应该消失。记下凸透镜在导轨上的位置 l 。
重复步骤（ 3）五次，记录物 P 及透镜 L 所在的位置，计算出 f ' 的平均值。
３．用物距与像距法测量凹透镜焦距
（１）按图 5—１－４固定物屏的位置于 S0 处，并在其后的导轨上放置一凸透镜 L1 ，使像屏上成一倒立缩小的实像。记下像屏 P 位置 p1 。（ s0 通过凸透镜也可成一个倒立放大的实像，但所成的缩小实像亮度、
清晰度高，易准确定位；另外，由于光具座尺寸的限制，所以，实验中只能成缩小的实像。
）
（２）移动像屏的位置，重复（ 1）步骤五次，将测量
6 次所得的 p1 位置填入自拟的表格中。
（３）在凸透镜 L1 与像屏 P 之间放上凹透镜 L2 ， L2
的位置应靠近 p1 一些，此时 P 上倒立缩小的实像
可能模糊不清，可将像屏向后移动，直至在
p2 处又出现清晰的像。重复找出 p2 、 L2
的位置六次，填入自
拟的表中。
（4）利用高斯公式计算出凹透镜的焦距。（高斯公式具体用到这里 u 、 f 均为负值，若 u 大， v 也大；
v f ， v ）
思考题
１．为什么要调节光学系统共轴？调节共轴有那些要求？怎样调节？
２．为什么实验中常用白屏作为成像的光屏？可否用黑屏、透明平玻璃、毛玻璃，为什么？
３．为什么实物经会聚透镜两次成像时，必须使物体与像屏之间的距离 D 大于透镜焦距的 4 倍？实验中
如果 D 选择不当，对 f 的测量有何影响？
４．在薄透镜成像的高斯公式中， u、 v、 f 在具体应用时其正、负号如何规定？
补充材料
1．有关“薄透镜”的部分术语
1）薄透镜：若透镜的厚度与其球面的曲率半径相比，小得可以忽略不计，则称为薄透镜。
2）主光轴：连接透镜两球面曲率中心的直线，称为透镜的主光轴。
3）光心：透镜主截面上的中心点，通过该点的光线，不改变原来的方向，称这点为光心。
4）副光轴：通过光心的任一直线称为薄透镜的副光轴。
5）主截面