大学物理实验-透镜焦距的测量及光学设计

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1、南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验（下）_____________实验名称：透镜焦距的测量及光学设计学院：信息工程学院专业班级：学生姓名：学号：实验地点：基础实验大楼B609座位号：实验时间：第12周星期三下午三点四十五分_______一、实验目的：1、观察薄凸透镜、凹透镜的成像规律。2、学习光路的等高共轴和消视差等分析调节技术。3、学习几种测量焦距的方法：如成像法、自准法、共轭法测凸透镜焦距；成像法、自准法测凹透镜焦距。1、观察透镜的像差。二、实验目的：三、实验仪器：光具座、凸透镜、凹透镜、光源、物屏、平面反射镜、水

2、平尺和滤光片等。五、实验数据及处理：（1）凸透镜焦距的测定自准法：物A(cm)透镜L(cm)焦距f(cm)厚透镜39.7044.905.2039.7044.705.00薄透镜39.7059.5019.8039.6059.8020.20厚透镜f=f=125.2+5.0=5.10cm薄透镜f=f=1219.80+20.20=20.00cm成像法：物A(cm)透镜O(cm)像A’(cm)焦距f(cm)厚透镜40.0046.7565.805.2240.0068.7075.454.42薄透镜40.0068.80141.5023.8540

3、.00113.20141.5023.07厚透镜f=f=125.22+4.42=4.82cm薄透镜f=f=1223.85+23.07=23.46cm共轭法：物A(cm)透镜O(cm)第一次透镜O(cm)第二次像A’(cm)焦距f(cm)厚透镜39.7047.9555.1063.705.4739.7047.3054.6563.705.44薄透镜39.7070.5094.80127.1020.1639.7071.3095.00127.1020.24厚透镜f=f=125.47+5.44=5.46cm薄透镜f=f=1220.16+20.

4、24=20.20cm（2）凹透镜焦距的测定成像法：物A(cm)辅助凸透镜L1(cm)像A’(cm)被测凹透镜L2(cm)像A’’(cm)焦距f(cm)厚透镜39.7046.5065.7562.3567.25-11.1139.7047.7062.4558.7563.00-28.59薄透镜39.7070.10127.20121.40140.50-8.3339.7071.70126.20118.80135.40-13.36厚透镜f=f=-1211.11+28.59=-19.85cm薄透镜f=f=-128.33+13.36=-10.8

5、5cm自准法：物A(cm)辅助凸透镜L1(cm)像A’(cm)被测凹透镜L2(cm)焦距f(cm)厚透镜39.7058.6085.9081.70-4.239.7059.1084.0079.80-4.2薄透镜39.7058.5079.7074.10-5.639.7058.7085.9080.30-5.6六、误差分析：实验误差较大，主要是因为人眼观察、成像清晰度会引起误差。由于人眼对成像的清晰分辨能力有限，所以观察到的像在一定范围内都清晰，主观认为清晰程度没有明显差异，无法准确判断。最终选取的清晰成像位置会偏离高斯像。从根源上出错

6、。读数也可能出现了问题。另外在做自准法测凹透镜焦距时，出现了操作错误。七、思考题：1、如会聚透镜的焦距大于光具座长度，试设计一个实验，在光具座上能测定它的焦距。答：将平行光射入透镜，在光具座面上放一面镜子，反射透镜过来的光。用一个光屏接收，观察到光汇聚的最小光点，测出平面与距光屏的距离，再加上光具座的距离便是焦距。2、用共轭法测凸焦距有什么优点？答：（1）像的清晰程度变化得更明显，利于准确找到高斯像。（2）不需要准确确定凸透镜光心的位置。3、若用成像法测焦距，进行多次测量，如何用作图法求焦距？答：从物方焦点发出的任意光线经透镜

7、折射后必成为平行于光轴的光；平行于主轴射向透镜的任意光线经透镜折射后必经过像方焦点；过光心的光线经透镜折射后方向不变。在这三条基本光线中，只有任作两条光线，即可求得像点。4、试证明，共轭法中，物与屏间的距离D＞4f。答：物屏和像屏间距D大于4F才有可能移动透镜时在光屏上成两次大小不同的像。由1/u+1/v=1/f（其中u,v,f分别代表物距，相距，焦距。）得f=u+fu/(u-f)，D=u+v=u*u/(u-f);对D求导得D'=(u*u-2uf)/[(u-f)*(u-f)]；令D'=0，得u=2f,Dmin=D(2f)=4f

8、，因为要呈放大缩小的像，故u>2f,D>4f.5、准直管测焦距的方法有哪些优点？还存在哪些系统误差？答：比较简单，便于操作。准直管测焦距，物要放在透镜焦点上。那么测试时，就是要测量物到光心的距离。需要读出物点坐标，和光心坐标。如果透镜光心和透镜架底座读数准线不共面，那么读出来