实验17 透镜焦距的测量

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时间:2018-07-07

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1、实验十七透镜焦距的测量实验目的:用物距像距法、共轭法求焦距、自准直法求焦距、由辅助透镜成像法求凹透镜焦距四种方法测透镜焦距实验原理:1、物距像距法:如图所示设凸透镜的焦距为f,物距为P,对应像距为,则透镜成像的高斯公式为,得到:2、共轭法求焦距:取物与屏之间的距离L大于四倍焦距4f,此后固定物与屏的位置,移动透镜,则必能在屏上两次成像,如图所示,透镜位于I时,得到放大像;位于II时得到缩小像,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,,则:对于位置II而言,则:解得:,故:3、自准直法求焦距:如图所示,当光源P

2、作为物放在透镜L的第一焦平面内时,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径反方向进行,并成像于P点,P与L之间的距离,就是透镜的焦距f。4、由辅助透镜测凹透镜的焦距:对于凹透镜,因为实物不能得到实像,所以不能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。物P经凸透镜,在和间放上待测凹透镜L,就L而言,虚像又成像于,根据公式得,因此,只要测得p,的绝对值,就可得凹透镜得焦距。实验仪器:光具座,凸透镜,凹透镜,平面镜,屏,小灯狭缝,滤光片实验

3、步骤:1、光具座上各元件共轴的调节,要求:(1)所有元件的光轴重合,(2)公共的光轴与光具座的导轨严格平行。方法:(1)粗调:把透镜,物,屏用光具夹夹好后,先将他们靠拢,调节高低,左右,使光源,物,透镜,屏的平面互相平行且垂直于导轨;(2)细调;依靠成像规律进行细调,如果物的中心偏离透镜的光轴,那么在移动透镜的过程,像的位置会改变,即大像和小像的中心不重合,这是要根据便宜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。2、用白炽灯照亮狭缝,在狭缝处插入滤光片,一透光狭缝作为物,将狭缝及白屏放置在光具座上,相隔一定

4、距离,然后在它的中间放入待测凸透镜,移动透镜,使屏上得到清晰的狭缝像,记录各光具所在位置,计算物距,像距,算出焦距f.。重复三次,求平均值。3、将狭缝光源与屏固定在间距大于4f的位置,测出它们之间的距离,将待测凸透镜放在光源于白屏之间,移动凸透镜,是屏上得到清晰的狭缝像,记录透镜位置,移动透镜至另一位置,使屏上又得到清晰的狭缝像,记录透镜位置,由两个位置算出距离d并由(3)求出f,重复三次,求平均值。4、讲光具座上的器件放好,移动凸透镜L和改变平面反射镜M的方位,使在狭缝平面上形成一个余下缝大小相同,得清晰像,测出狭缝平面到透镜

5、的距离f,即得到透镜的焦距,重复六次,求平均值。5、先用辅助凸透镜把狭缝P成像于处的屏上,记录P的位置,然后将待测凹透镜L置于与P之间的适当位置,并将屏向外移至,使屏上重新得到清晰的像,分别测出与至L的距离,这两个距离对L来说,分别代表,物距p和像距,由公式(4)算出,改变透镜的位置,重复三次,求平均值。数据处理:表1物距像距法测凸透镜焦距单位:mm次数物屏位置透镜位置像屏位置物距p像距焦距f1183.0343.4668.5-160.4325.5107.452183.0318.0535.0-135.0217.083.233183

6、.0343.0581.4-160238.495.74表2共轭法测凸透镜焦距单位:mm次数物屏位置像屏位置成大像透镜位置成小像透镜位置Ld焦距f1183.0662.0299.5318.5479.019.0119.562183.0676.0303.5338.5493.035.0122.623183.0705.0316.0340.0522.014.0130.40表3自准直法测焦距单位:mm次数123456物屏位置183.0183.0183.0183.0183.0183.0透镜位置286.0289.0282.0284.5286.0285

7、.0焦距f103.0106.099.0101.0103.0102.0表4由辅助透镜成像法测凹透镜焦距单位:mm次数辅助透镜成像位置凹透镜位置加凹透镜后成像位置物距p像距焦距f1584.0475.0596.0-109.012.010.812565.0514.8616.0-50.251.025.303568.0518.0614.0-50.046.024.00物距像距法测焦距数据处理结果:由表1得到,扩展不确定度:所以:由物距像距法测得的焦距为:共轭法测焦距数据处理结果:由表2得到,扩展不确定度:所以:由共轭法测得的焦距为:自准直法测

8、焦距数据处理过程:A类分量:将表2数据代入得到,B类分量:扩展不确定度:所以:共轭法测得的焦距为:由辅助透镜成像法测焦距数据处理结果:扩展不确定度:所以:由辅助透镜成像法测得的焦距为:讨论与分析:1、记录数据时,必须注意个物理量所适用的符号规则,规定:光线自左向

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