《凸透镜焦距的测定》实验指导和报告要求

《凸透镜焦距的测定》实验指导和报告要求一、实验目的1、了解透镜成像的原理及成像规律；2、学会光学系统共轴调节，了解视差原理的实际应用；3、掌握薄透镜焦距的测量方法，会用左、右逼近法确定像最清晰的位置，测量凸透镜；4、能对实验数据进行不确定度处理，写出合格的实验报告。二、实验原理薄透镜是透镜中最基本的一种，其厚度较自身两折射球面的曲率半径及焦距要小得多，厚度可忽略不计，在近轴条件下，物距u、像距、焦距f满足高斯公式：111uf符号规定：距离自参考点（薄透镜的光心）量起，与光线进行方向一致时为正，反之为负。1、物像法物屏P凸透镜L像屏Nvuf物距像距法光路如上图所示，测出物距和像距后，代入透镜成像公式即可算出凸透镜的焦距。2、共轭法（贝塞尔法、位移法）物屏与像屏的相对位置l保持不变，而且4lf，当凸透镜在物屏与像屏之间移动时，可实现两次成像。透镜在1x位置时，成倒立、放大的实像，透镜在2x位置时，成倒立、缩小的实像。实验中，只要测量出光路图中的物屏与像屏的距离D和透镜两次成像移动的距离L，代入下式就可算出透镜的焦距。DLDf422三、实验仪器带标尺的光具座一台，凸透镜一块，箭矢物屏，带电源小灯泡一个，光屏一个，光学元件底座和支架各4个。四、实验内容与步骤（一）光学系统的共轴调节先利用水平尺将光具座导轨在实验桌上调节成水平，然后进行各光学元件同轴等高的粗调和细调，直到各光学元件的光轴共轴，并与光具座导轨平行为止。1、粗调将小灯泡、箭矢物（小灯泡与箭矢物的距离大于40厘米）、凸透镜、白屏等光学元件放在光具座上，使它们尽量靠拢，用眼睛观察，进行粗调（升降调节、水平位移调节）,使各元件的中心大致在与导轨平行的同一直线上，并垂直于光具座导轨。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。若两个像的中心重合，表示已经共轴；若不重合，以小像的中心位置为参考（可作一记号），调节透镜（或物，一般调透镜）的高低或水平位移，使大像中心与小像的中心完全重合，调节技巧为大像追小像，如下图所示。图8ABOOBBAA图a表明透镜位置偏低（或物偏高），这时应将透镜升高（或把物降低）。而在图b情况，应将透镜降低（或将物升高）。水平调节类似于上述情形。注意，已调至同轴等高状态的透镜在后续的调整、测量中绝对不允许再变动。（二）凸透镜焦距的测定用物像法共轭法测量凸透镜焦距。1、物像法1）先用粗略估计法测量待测凸透镜焦距，然后将物屏和像屏放在光具座上，使它们的距离略大于粗测焦距值的4倍，在两屏之间放入透镜，调节物屏、透镜和像屏共轴，并与主光轴垂直，记录物屏、像屏位置。2）用“左右逼近法”移动透镜找出其成清晰倒立实像的范围坐标位置x左与x右，重复测五次。2、共轭法1）将物屏和像屏在光具座上的距离调为粗测焦距值的略5倍，在两屏之间放入透镜，调节物屏、透镜和像屏共轴，并与主光轴垂直，记录物屏、像屏位置。2）用“左右逼近法”移动透镜测成放大像时透镜的坐标位置x左与x右及成小像时的坐标位置'x左与'x右,重复测五次。五、数据记录与数据处理1、物像法测凸透镜的焦距表一物x屏x（单位：cm）次数项目12345x左x右(/2ixxx左右）5xx51iiu物xx屏xxvuvuf155x-xU51i2iAX取mm1仪，则3U仪BX，从而22AXvu2UUUBXU∵22()fuu22fuu（）4422222UvuvuUUfUufuuf12.230.01fffUcm2、共轭法测凸透镜的焦距表二物x屏x（单位：cm）次数项目12345x左x右(/2ixxx左右）'x左'x右'''(/2ixxx左右）5xx51ii5xx51iiLxx物屏xxD112214DLDf52222221()0.090.070.040.070.130.0435(51)20iiAxxxUcm'5''2222221()0.010.120.010.180.090.0525(51)20iiAxxxUcm取mm1仪，则3U仪BX，从而'22222220.0430.05220.0170.07AxBxLAxUUUUcm15.250.07LLLUcm122220.0170.02DBxUUcm，1153.500.02DDDUcm2fLLD2114fLDD2212221222211612U11LDLDfUDLUDLULfUDf12.290.02fffUcm六、思考题1、共轭法测凸透镜焦距时的成像条件是什么？此法有何优点？2、没有接收屏就看不到实像，这种说法正确吗？