《应用光学》实验指导书

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1、应用光学实验指导书编写：周远孙利平陈英长沙学院电子与通信工程系光电通信实验室光电信息工程教研室2012年8月实验1薄透镜焦距的测量3实验2验证透镜成像及光线传播规律的实验8实验3平行光管的调整方法10实验4望远系统特性参数的测量15实验5显微系统特性参数的测量18实验6设计组装望远镜23实验7设计组装显微镜26实验8设计组装投影仪29实验1薄透镜焦距的测量透镜是组成各种光学仪器的基木光学元件，反映透镜特性的i个主要参量是焦距，它决定了透镜成像的位置和性质（大小、虚实、倒立）。在不同的使用场合往往要选择合适的透镜或透镜组，这就需要测定透镜的焦距

2、。本实验在光具座上采用儿种不同方法分别测定凸、凹薄透镜的焦距，以便了解透镜成像的规律，掌握光路调节技术，比较各种测量方法的优缺点，为今后正确使用光学仪器打下良好的基础。一.实验目的1.学会测量透镜焦距的几种方法。2•掌握简单光路的分析和光学元件同轴等高的调节方法。3.熟悉光学实验的操作规则。实验原理在近轴光线的条件下，薄透镜成像的高斯公式为(1.1)厶厶1SS当将薄透镜置于空气屮时，则焦距(1.2)（1.1）式中，f为像方焦距；/为物方焦距；$为像距；$为物距。式屮的各线距均从透镜中心（光心）量起，与光线进行方向一致为止，反Z为负，如图1.1

3、所示。若在实验屮分别测出物距$和像距即可用式（1.2）求出该透镜的焦距/o但应注意：测得量须添加符号，求得量则根据求得结果屮的符号判断其物理意义。图1.1.公式法测薄透镜焦距I.凸透镜焦距的测量（1）粗略估测法测薄凸透镜焦距以太阳光或较远的灯光为光源，用凸透镜将其发出的光线聚成一•光点（或像），此时，STOO,,即该点（或像）可认为是焦点，而光点到透镜中心（光心）的距离，即为凸透镜的焦距，此法测量的误差约在10%左右。由于这种方法误差较大，大都用在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。（2）□准法测薄凸透镜焦距如图1.2所示，在待测透镜L的一侧放置

4、被光源照明的1字形物屏AB,在另一侧放一平面反射镜M,移动透镜（或物屏），当物屏AB正好位于凸透镜之前的焦平面吋，物屏AB上任一点发出的光线经透镜折射后，将变为平行光线，然后被平面反射镜反射回來。再经透镜折射后，仍会聚在它的焦平面上，即原物屏平面上，形成一个与原物大小相等方向相反的倒立实像。此时物屏到透镜之间的距离,就是待测透镜的焦距。由于这个方法是利用调节实验装置本身使Z产生平行光以达到聚焦的口的，所以称Z为自准法，该法测量误差在1%〜5%Z间。图1.2自准法测薄凸透镜焦距（3）位移法（乂称为贝塞尔物像交换法）测薄凸透镜焦距物像公式法、粗略

5、估测法、自准法都因透镜的屮心位置不易确定而在测量屮引进误差,为避免这一缺点，可取物屏和像屏Z间的距离D大于4倍焦距（4/）,R保持不变，沿光轴方向移动透镜，则必能在像屏上观察到二次成像。如图1.3所示，设物距为儿时，得放大的倒立实像；物距为©时，得缩小的倒立实像，透镜两次成像Z间的位移为d,根据透镜成像公式（1.2）,将得P2-d24D(1.3)图1.3位移法测薄凸透镜焦距可见，只要在光具座上确定物屏、像屏以及透镜二次成像时其滑座边缘所在位置，就可较准确的求出焦距这种方法毋须考虑透镜本身的厚度，测量误差可达到1%。1.凹透镜焦距的测量对于凹透

6、镜，由于它对光线有发散作用。不能对实物成像，所以不能完全按上述方法测量其焦距。卜•面介绍2种测凹透镜焦距的方法。（1）成像法（又称为辅助透镜法）如图1.4所示，先使物AB发出光线经凸透镜厶后形成一大小适中的实像Ab,然后在厶和Ab'间放入待测凹透镜厶，就能使虚物Ak产生一实像ab.测出厶到AD和ABZ间距离吐、$2,根据式（1・2）即可求岀厶的像方焦距人。如图1.5所示，在光路共轴的条件下，厶在适当位置不动，移动凸透镜厶，使物屏上物点A发出的光经厶、厶折射，再经平面镜反射回来，在物屏上得到一个与物大小相等的倒立实像。由光的可逆性原理可知，由厶

7、射向平面镜M的光线是平行光线，点A是凸透镜厶的焦点。若凸透镜厶的焦距为已知（可事先测定），即f}=O}A，再测出Q与A和Q与Q之间距离，则凹透镜的虚像距6和物距吐可求，利用透镜公式（1.2）可计算出薄凹透镜厶的焦距该方法不受成像条件限制。交换厶和厶后可直接测兀。图1.5凹透镜自准法三.实验仪器光具座，凸透镜，凹透镜，光源，物屏，平面反射镜，滤光片等。四.实验内容与步骤1.光具座上各光学元件同轴等高的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.自

8、准法测凸透镜焦距(1)按图放置光学元件，其中用1字屏作物屏，将滤光片插入1字屏，并用口炽光源照明。(2)固定物屏，移动凸透镜L。并绕铅直轴略转动靠近透镜的平面镜M,