实验三 透镜焦距的测量

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1、实验三透镜焦距的测量Experiment3Determiningfocallengthofthinlens透镜是光学仪器中最基本的元件，由透镜组成的显微镜和望远镜是最常用的助视光学仪器，常被组合在其它光学仪器中。因此了解并掌握透镜焦距的测定方法，不仅有助于加深理解几何光学中的成像规律，也有助于加强对光学仪器调节和使用的训练，本实验的目的是测定薄透镜焦距并掌握光学元件共轴的调节方法。实验目的Experimentalpurpose1．掌握简单光路的分析和调整方法2．掌握物距与像距法、位移法、自准法测凸透镜焦距的原理及方法，了解、辅助透镜成像法凹透镜

2、焦距的原理及方法。实验原理Experimentalprinciple如图1所示，设薄透镜的焦距为f，物距为S，对应的像距为S′，则透镜成像的高斯公式为(1)故(2)应用上式时，必须注意各物理量所适用的符号规则。本讲义规定：光线自左图1薄透镜成像规律83向右进行；距离自参考点（薄透镜光心）量起，向左为负，向右为正，即距离与光线进行方向一致时为正，反之为负。运算时已知量需添加符号，未知量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。测量凸透镜的焦距，可用以下几种方法：1．由物距与像距求焦距Gettingthefocallengthwithobjectdis

3、tanceandimagedistance由光学成像原理可知，实物经会聚透镜后能成实像，故可用白屏接收实像，通过测定物距和像距，利用式（2）即可算出f。2.用位移法测薄凸透镜焦距Gettingthefocallengthofthinconvexglasswithdisplacementmethod取物与接收屏之间的距离L大于四倍焦距4f，此后固定物与接收屏的位置，移动透镜，则必能在接收屏上两次成像，如图2所示，透镜位于I时，得放大像；透镜位于II时，得缩小像。透镜在两次成像之间的位移为d，根据透镜公式，对于位置I而言，有则对于位置II而言，有则

4、解得因此(3)833.用自准法测薄凸透镜焦距Gettingthefocallengthofthinconvexglasswithauto-collimatingmethod图3自准直法如图3所示，当光源P作为物放在透镜L的第一焦平面上时，由P发出的光经透镜后将成为平行光；如果在透镜后面放一与透镜光轴垂直的平面反射镜M，则平行光经M反射后将沿原来的路线反方向进行，并成像于P点，P与L之间的距离，就是透镜L的焦距f。对于凹透镜，因为实物不能得到实像，所以不能应用白屏接取像的方法求得焦距。可以利用辅助透镜成像的方法求得焦距。4.由辅助透镜成像法求凹透

5、镜焦距Gettingthefocallengthofconcavelenswithattachmentlensimagingmethod物P经凸透镜L1成像于P′，在P′和L1间放上待测凹透镜L。就L而言，虚物P′又成像于P″。根据成像公式，得(4)只要测得S，S′绝对值，就可得凹透镜焦距f2（见图4）。图4辅助透镜成像法83实验仪器Experimentaldevice1.带有毛玻璃的白炽灯光源S，2.品字形物象屏P：SZ-14，3.凸透镜L：f=190mm(f=150mm)，4.二维调整架：SZ-07，5.平面反射镜M，6.二维调整架：SZ-

6、07，7.通用底座：SZ-04，8.二维底座：SZ-02，9.通用底座：SZ-04，10.通用底座：SZ-04，11.白屏H：SZ-13，光学平台。实验要求Experimentalassignment光学平台上各元件共轴的调节是本实验的基本训练，必须很好掌握，调节的要求是：所有光学元件的光轴重合；调节的办法如下：（1）粗调。把透镜、物

7、屏用光具夹夹好后，先将它们靠拢，调节高低、左右，使光源、物的中心、透镜中心、屏幕中央大致在一条与导轨平行的直线上。并使物、透镜、屏的平在互相平行且垂直于导轨；（2）细调。靠其它仪器或依靠成像规律进行细调，例如在二

8、次成像法则透镜焦距的实验中，如果物的中心偏离透镜的光轴，那么在移动透镜的过程中，像的中心位置会改变，即大像和小像的中心不重合，这时可根据偏移的方向判断物中心究竟是偏左还是偏右、偏上还是偏下，然后加以调整。实验步骤Experimentalstep1.由物距与像距求焦距Gettingthefocallengthwithobjectdistanceandimagedistance1)把全部器件按图5的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴，而后拉开一定的距离。然后在它的中间放入待测凸透镜。2)用白炽灯照亮物像屏P，沿标尺前后移动凸透镜L，使在屏上得到清

9、晰的狭缝像，记录物距S与像距S′，算出f，重复三次，求平均值。2.用位移法测薄凸透镜焦距Gettingthefocallengthofthinconv