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1、.第01卷第3期大学物理实验Vol10No31997年9月出版PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGESep.1997象差实验中观测球差的方法张宏万葆红,,(北京理工大学北京100081)摘要本文,。对观测球差的实验装!和方法作了介绍并附有测量数据关键词象差实验;球差;光栏,象差是几何光学中一个很重要的概念工科院校非光学专业的学生应该对其有一定。,的了解和认识为了使学生初步建立象差的概念我们利用实验室简单的设备装置给学,。生开设观测象差的实验观测球差就是其内容之一1球差:。,球差是五种单色象差中的一种由光轴上一点发出的光线经透镜折射后所得象距,。随入射光线与
2、光轴夹角不同而异即近轴光线与非近轴光线不成象于同一点如图1所,,,A由L。AP示轴上点近轴光线所成的象0A为理想象差其象距为非近轴光线经透镜`,’,`=`。折射后成象于A其象距为L这条光线的轴向球差即为扎L一L在光线AP以。内入射光瞳不同的光线有各自的球差值l尹图l象距随人射光线与光轴角度不同而异,`由于轴上同一点发出的光线在象方的截距是入射光瞳h的函数因此扎也是h的,函数而且可简单地表示成h的幕级数:尹l2+Z436占L=AhAh+Ah+……,。式中第一项为初级球差对单透镜或孔径很小的光学系统可认为是以初级球差为主收稿日期:1997一01一30图2现测球差装工2观测球差
3、的装置:见图2():。:S光源钠光灯P毛玻璃屏d:光栏形状(见图3)P:观察屏()L:凸透镜焦距f二12.5c,D二(m孔径,63mm3d。=3mm)图光栏中心孔直径每,,:个透光环的宽度3mmd二21mmd=3=6141mmdmm图3所示的光栏将中心孔及不同半径,的透光环制做在同一块板上其特点是能,,直观地表现出入射光瞳的变化同时每个透光环相对光轴的位置在实验过程中不会。改变3观测球差的方法:。首先在光具座上调整好系统的共轴,3.2用挡板挡住光栏的透光环只留出中心小孔透光,将此时的入射光线看成是近,,轴光线然后移动透镜和观察屏找到其成图3光栏。象的位置作为理想象点凡的位
4、置(光具座上装有米尺)3.3保持物距不变,用挡板挡住中心小孔,并依次放开光栏上的第一、第二和第三个透光,,。,环随着入射光远离光轴的变化成象位置发生变化移动观察屏分别找到它们的成象,。位置并计算出各自的球差值表l测里数据:光栏透镜位盆cmcm。mcm象位里象距球差中心孔41.0070.0329.031透光环41.068.9027.901.132透光环41.0()68.7327.731.303透光环41.0067.9326.932.10注:(1)光栏位置1c9m(2)表中的象位置为三次测量的平均值(3)球差为绝对值(下转23页)6结语,,本实验减小了普通物理测量透镜焦距实验
5、中例如成像清晰判断共轴调节程度光心。,,不对称性等各种因素造成的误差所需仪器简单测量直观可作为一项光学综合实验给。学生开出AMETHODOFMEASURINGTHEFOCUSOFLENSACCURATELYZhaoBinGuoPingYanunJuanntlyege,uan,430022(WhF以月IdusoCllWh)ntspartheens15mearansptetonteoPtieaAbstraetIhi卯focusofleasurdusi叱lsebeamdecormerhl..eusesovaouseoeeenteexenreanseananThcafir口rso
6、fmasurminth砰irmtaalyddinitgtedbehcveseordslaserbeam;symmetirealaxis;eatment;symmetirealmeasementKywoa石aldjusur(上接6页),在观测球差时尽可能选择相对孔径Df/大一些的透镜这样可以得到较明显的观察。,,、效果还可改用不同形状的透镜测球差以便对数据进行比较和分析如双凸透镜平凸,。透镜等因为球差的大小也与透镜形状这个因素有关用我们设计的光栏观测球差,能直观地看到入射光瞳增大时,凸透镜成象位置向透镜,,,。,靠近象距减小这符合理论上的分析即正透镜总产生负球差通过实验启发
7、了学生们,,的思维他们往往还会更深入地提出一些相关的问题如负透镜产生怎样的球差?怎样才。能消除球差?等等,,,,总之开设象差实验达到了使学生建立象差概念了解其产生原因的目的同时也充。实了我们原有几何光学实验的内容参考文献(1〕王子余.几何光学和光学设计.浙江大学出版社,1989年..〔2)杨之昌几何光学实验上海科学技术出版社,1984年〔3]查述伟.物理实验.北京理工大学出版社.1989年AMETHOD0FOBSERVINGSPHERICALABERRATIONINOPTICALABERRATIONEXPERIMENTZhan
