透镜焦距的测定实验报告

电子科技大学实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：科技实验大楼104室实验时间：一、实验室名称：透镜焦距的测定二、实验项目名称：透镜焦距的测定三、实验学时：3学时四、实验原理：1．测凸透镜的焦距（1）自准直法如图1所示，用屏上“1”字矢孔屏作为发光物。在凸透镜的另一边放置一平面反射镜，光线通过凸透镜后经平面反射镜返回孔屏上。移动透镜位置可以改变物距的大小，当物距正好是透镜的焦距时，物上任意一点发出的光线经透镜折射后成为平行光，经平面镜反射后，再经透镜折射回到矢孔屏上。这时在矢孔屏上看到一个与原物大小相等的倒立实像。这时物屏到凸透镜光心的距离即为此凸透镜的焦距。（2）物距像距法如图2所示，用屏上“1”字矢孔作为发光物，经过凸透镜折射后成像在另一侧的观察屏上。在实验中测得物距u和像距v，则凸透镜的焦距为vuuvf用自准直法和物距像距法测凸透镜焦距时，都必须考虑如何确定光心的位置。光线从各个方向通过凸透镜中的一点而不改变方向，这点就是该凸透镜的光心。凸透镜的光心一般与它的几何中心不重合，因而光心的位置不易确定，所以上述两种方法用来测定凸透镜焦距是不够准确的，误差约为1.0%~5.0%。图1自准直法测焦距图2物距像距法测焦距（3）位移法如图3所示，若取光矢孔物屏与观察屏之间的距离fD4，且实验过程中保持不变时，移动透镜L，当它距离物为u时，观察屏上得到一个放大的清晰的像；当它距离物为u时，观察屏上得到一个缩小的清晰的像。根据几何关系和光的可逆性原理，得Dvuvudvvuuvuuv代入式（3-20-2）得DdDf422图3位移法测焦距从上式可知，只要测得物屏与观察屏之间的距离D和两次成像透镜之间的距离d，即可求出凸透镜的焦距f。这种方法把焦距的测量归结于对可以精确测定的量D和d的测量，避免了确定凸透镜光心位置不准带来的困难。五、实验目的：测凸薄透镜焦距。六、实验内容：1．共轴调节。2．用自准直法测凸透镜的焦距。3．用物距像距法测凸透镜的焦距。4．用位移法测凸透镜的焦距。七、实验器材（设备、元器件）：光具座，光源，透镜架，1字矢孔屏，观察屏，凸透镜，凹透镜；八、实验步骤：1．共轴调节参照图3布置光路，放置物屏和像屏，使其间距fD4，移动透镜并对它进行高低、左右调节，使两次所成的像的顶部（或底部）之中心重合，需反复进行数次调节，方能达到要求。2．自准直法测焦距如图1布置光路，调透镜的位置，高低左右等，使其对物成与物同样大小的实像于物的下方，记下物屏和透镜的位置坐标0x和Lx。图43．物距——像距法测焦距如图2布置光路，固定物和透镜的位置，使它们之间的距离约为焦距的2倍,移动像屏使成像清晰,调透镜的高度，使物和像的中点等高,左右调节透镜和物屏，使物与像中点连线与光具座的轴线平行,用左右逼近法确定成理想像时，读像屏的坐标,重复测量5次。4．位移法测焦距在共轴调节完成之后，保持物屏和像屏的位置不变，并记下它们的坐标0x和ix，移动透镜，用左右逼近法确定透镜的两次理想位置坐标1Lx和2Lx,测量5次。九、实验数据及结果分析：1．自准直法物（像）位置坐标0x（mm）350.0透镜的位置坐标Lx（mm）544.0mmxxfi0.194||02．物距——像距法物坐标0x=350.0mm透镜坐标Lx=686.0mm测量次数像屏位置12345左逼近读数ix（mm）1131.01128.01140.01136.01133.6右逼近读数ix（mm）1124.81125.01131.01128.01129.8)(21iixxxi（mm）1127.91126.51135.51132.01131.7测量结果用不确定度表示：mmxxxxxxfiiLL4.191||))((0022222020xixLLxfxifxfxfmmxxfxxxxxxxxxxxxxfiiLiiLLiLi81.0)()())(())((020000mmxxxxxxxfiiLLL72.0)()(00mmxxxxfxfiLi56.0)(00上式中，完成不确定度0x、xL和xi计算如下：因为0x和Lx都只测量了一次，只有非统计不确定度，即mmuuLL58.0300仪ix是多次测量，其统计不确定度为mmkkxxSiiii6.2)]1([)(22非统计不确定度为mmuuuLi58.030仪ix的合成不确定度为mmuSiii6.222mmf5.1mmf5.14.1913．位移法按下表记录数据：测量次数透镜第一位置透镜第二位置1Lx（mm）（左逼近）1Lx（mm）（右逼近）)(21111LLLxxx2Lx(mm)（左逼近）2Lx(mm)（右逼近）)(21222LLLxxx1630.0624.2627.1968.2964.2966.2物坐标0x（mm）350.0像坐标ix（mm）1250.0mmxxxxxxDdDfiLLi1.193||4)()(402122022十、实验结论：测出了凸透镜的焦距。十一、总结及心得体会：只有当各光学元件，如光源、发光物（矢孔屏）、透镜等的主光轴重合时，薄透镜成像公式在近轴光线的条件下才能成立。习惯上称各光学元件主光轴重合为“共轴”。调节“共轴”的方法一般是先粗调后细调。十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：自准直法测焦距时，平面反射镜距物屏最好不要超过35厘米。报告评分：指导教师签字：