清华大学物理实验a1透镜焦距的测量实验报告

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1、清华大学透镜焦距的测量实验物理实验完整报告班级姓名学号结稿日期：透镜焦距的测量实验报告一、实验目的1.加深理解薄透镜的成像规律；2.学习简单光路的分析和调节技术（主要是共轴调节和消视差）；3.学习几种测量透镜焦距的方法。二、实验原理1.薄透镜成像规律：薄透镜是指中央厚度d比透镜焦距f小很多的透镜。分为凹透镜和凸透镜。在近轴光线条件下，薄透镜的成像规律为：式中，为线放大率，其余各个物理量正负作如下规定：物理量符号正负物距实物虚物像距实物虚物焦距凸透镜凹透镜物的大小光轴之上光轴之下像的大小光轴之上光轴之下本实验中采用薄透镜，因此都是从光心算

2、起。在本实验中，为了尽可能满足近轴条件，常采取两个措施：(1)在透镜前加一光阑以挡住边缘光线；(2)调节各元器件使之共轴。以凸透镜为例，薄透镜成像规律如图1所示。图1凸透镜成像规律2.共轭法测凸透镜的焦距原理：如图2，使得物与屏距离并保持不变，令间的距离为,物到像的距离为，则根据共轭关系，有和。进而推得：测量出和即可求得焦距。图2共轭法测量凸透镜焦距3.焦距仪测凸透镜焦距原理：如下图3，由几何关系，知：，且，所以，。式中为平行光管武警的焦距，为给出值。为用测微目镜测得的同一对平行线的像的距离，为待测凸透镜的焦距。图3焦距仪光路图4.自准

3、法测凹透镜焦距原理：如图4，物屏上的箭矢经过凸透镜后成实像，图中为的焦距。现将待测凹透镜置于与之间，此时成为的虚物。若虚物正好在的焦平面上，则从出射的光将是平行光。若在后面垂直于光轴放置一个平面镜，则该平行光经反射并依次通过和，最后必然在物屏上成实像。这时，分别测出的位置及虚物的位置，则就是待测凹透镜的焦距。图4自准法测量凹透镜焦距光路图5.薄凹透镜成像规律的研究为了使得从凹透镜出射的光线汇聚并成实像，应当使用虚物。因此，如下图5，先用凸透镜成实像，再在实像和凸透镜之间插入凹透镜，左右移动光屏，找到清晰的实像。图5薄凹透镜成像规律（0＞

4、p＞f）光路图三、实验仪器本实验的实验仪器有：导轨，滑块，焦距仪（平行光管，测微目镜），物屏，像屏，凸透镜，凹透镜，平面镜等。四、数据记录和处理从待测凸透镜处通过同时等速地移动物屏和像屏直至成清晰的和物体等大的实像为止，粗测得，所以粗略估计待测凸透镜的焦距为。1.共轭法测凸透镜焦距物屏位置；像屏位置测量序号123456凸透镜位置72.7972.6072.7572.8572.8972.70凸透镜位置64.7964.9564.8164.7064.8164.758.007.657.948.158.087.95计算得：,；。实验室给出的不确定度

5、：，则，2.焦距仪法测凸透镜焦距参看平行管上注明的参数得，平行管物镜距离；玻罗板上所选的某一对平行线的线距。测量序号1234563.3493.3673.3393.3823.3323.3698.9808.9918.9708.9858.9498.9855.6315.6245.6315.6035.6175.616计算得：；。已知测微目镜仪器误差为,因而测一对平行线的距离的，则，3.自准法测凹透镜焦距物屏位置（即箭矢位置）；凸透镜位置;测量序号123456凹透镜位置61.0261.1061.1661.0561.2061.30凹透镜位置61.30

6、61.5061.4661.6061.6061.9061.1661.3061.3161.32561.4061.60虚物位置39.2939.3639.3039.2639.2439.20计算得：。已知光具座读数误差为0.05cm，则，4.薄凹透镜成像规律研究本次试验研究的是时的.薄凹透镜成像规律。箭矢屏的位置106.20cm；的位置，焦距为；的位置，焦距为；的位置，的位置；物距，（为虚物）；像距，（为实像）。由观察得到结论：当时凹透镜成正立放大的实像。六、思考题1.为什么要调节共轴？调节共轴的主要步骤如何？怎么判断物上的某一点已经调至透镜的光

7、轴上了？依据的原理是什么？答：因为如果不共轴，（1）实验中做的近轴光线假设不满足；（2）有可能导致像不成在像屏上或者无法成在像屏上，不方便于像的大小比较；（3）不能用坐标计算直接得到物距，像距，计算过程变得复杂；（4）成像质量不是最好。调节共轴的主要步骤：（1）目测粗调使得几个器件的中心大致重合；（2）借助其他仪器或者成像规律细调。如果固定凸透镜位置，水平移动凸透镜，成两个像，该点的两个像都在主光轴上且重合，则该点已经调至透镜光轴上。依据的原理是凸透镜成像原理。2.共轭法测量凸透镜焦距时，为什么b应略大于4f？答：因为只有时，可以成两个

8、倒立实像，一个放大，一个缩小。如果，则可能导致放大的实像位置超出导轨，无法测量，或者缩小的像太小，无法精确定位。从操作简单和合理性，精确性角度来看，应当使得b略大于4f。3.能否用自准法测量凸透镜焦距？若可