薄透镜焦距的测定

实验简介本实验了解光学基本元件透镜特性，学习薄透镜焦距的测量方法焦距是薄透镜的光心到焦点的距离，是薄透镜的重要参数之一，物体通过薄透镜而成像的位置及性质（大小、虚实）与其有关。透镜分类：凸透镜、凹透镜生活中的典型应用：照相机、摄像机、望远镜、显微镜、眼镜人眼？凸透镜进入人眼的光线经晶体（眼珠）折射后在视网膜上成像，人便看到了色彩绚丽的世界。远处－睫状体肌松弛－眼珠焦距变大近处－睫状体肌收缩－眼珠焦距变小实验目的•了解薄透镜的成像规律；•掌握光学系统的共轴调节；•掌握薄透镜焦距的常用测定方法，比较其优缺点。实验仪器•光具座及附件、光源、平面反射镜、物屏、像屏•待测凸透镜、凹透镜实验原理•薄透镜是指其厚度比两球面的曲率半径小得多的透镜。•透镜：凸透镜－正透镜或会聚透镜－对光线起会聚作用。凹透镜－负透镜或发散透镜－对光线起发散作用。fvu111•薄透镜成像公式高斯公式规定•凸透镜成像规律fufufufu（1）自准直法（平面镜法）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′。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。实验原理薄凸透镜焦距的测定方法（2）物距像距法光路图如图所示。物屏P凸透镜L像屏Nvuf物距像距法•凸透镜能成实像•测出物距u和像距v•代入透镜成像公式•算出凸透镜的焦距。vuf111实验原理（3）共轭法(贝塞尔法、二次成像法、位移法）光路图如下图所示。由凸透镜成像规律可知，如果物屏与像屏的相对位置l保持不变，而且l4f，当凸透镜在物屏与像屏之间移动时，可实现两次成像。实验原理透镜在x1位置时，成倒立、放大的实像，(黄线)实验中，只要测量出光路图中的物屏与像屏的距离l和透镜两次成像移动的距离d，代入右式就可算出透镜的焦距。ldlf422（3）共轭法(贝塞尔法、二次成像法、位移法）fulu11111fduldu1111121dlu透镜在x2位置时，成倒立、缩小的实像。(蓝线)凹透镜焦距的测定凹透镜是发散透镜，所成像为虚像，不能用像屏接收。为了测量凹透镜的焦距，常用辅助凸透镜与之组成透镜组，使能得到能用像屏接收的实像。其测量原理如下光路图所示。测量凹透镜焦距O1O2AB′vL1uBL2A′A″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，就凹透镜L2而言，虚物A′B′又成像于A″B″。实验中，调整L2及像屏至合适的位置，就可找到透镜组所成的实像A″B″。因此可把O2A′看为凹透镜的物距u，O2A″看为凹透镜的像距v，则由成像公式可得fvu111vuvuf（虚物的物距为负）由于uv，求出的凹透镜L2的焦距f为负值。测量凹透镜焦距O1O2AB′vL1uBL2A′A″B″实验内容•光具座上各光学元件“等高同轴”调整；•薄凸透镜焦距f（分别用“自准直法”、“物距像距法”、“贝塞尔法”测量）；•薄凹透镜焦距f（辅助透镜成像法）；•实验数据处理计算。实验测试前，如何调整“共轴等高”？可分两步进行。①粗调：先将透镜等元器件向光源靠拢，调节高低、左右位置，凭目视使光源、物屏上的透光孔中心、透镜光心、像屏的中央大致在一条与光具座导轨平行的直线上，并使物屏、透镜、像屏的平面与导轨垂直。就垂直方向而言，如果大像中心P′高于小像中心P″，说明此时透镜位置偏高（或物偏低），这时应将透镜降低（或把物升高）。反之，如果P′低于P″，便应将透镜升高（或将物降低）。P′P″P4f②细调：若物的中心P偏离透镜的光轴，则所成的大像和小像的中心P′和P″将不重合，但小像位置比大像更靠近光轴（如下图所示）。调节时，以小像的中心位置为参考，调节透镜（或物）的高低，逐步逼近光轴位置。当大像中心P′与小像中心P″重合时，系统即处于共轴状态。实验中，用什么测量方法确定清晰像的位置？能够正确判断成像的清晰位置是光学实验获得准确结果的关键，为了准确地找到像的最清晰位置，可采用左右逼近法读数。先使像屏从左向右移动，到成像清晰为止，记下像屏位置，再自右向左移动像屏，到像清晰再记录像屏位置，取其平均作为最清晰的像位。数据处理表一自准法12345物像屏位置x1透镜位置x2焦距f单位：cmf21xxf表二物像距法像的特点物的位置x1透镜位置x2像的位置x3倒立缩小实像倒立等大实像倒立放大实像uvffu2fu2fuf2fDdf次数物的位置x1透镜位置x2透镜位置x3像的位置x4123f表三共轭法2、测量凹透镜的焦距（1）自准法物经凸透镜后所成像的位置为x2f次数凹透镜位置x1/cm观察屏位置x3/cm/cm123||12xxu||13xxv/cmf1、近视眼镜片和远视眼镜片各为何种透镜？2、比较测凸透镜焦距所用的方法，哪一种方法准确？思考题