光学基础试验

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1、光学基础(3.10.1)“三条光线”:①平行于主光轴的光线，经过透镜后通过透镜像方焦点；②经过透镜光心的光线,方向不变；③经过物方焦点的光线，经透镜后与主光轴平行。有时还应作辅助光线。利用这些法则,便可对实验中的简单光路和物像关系用作图法画出来。薄透镜（会聚透镜）成像规律如表3.10.1所示。表3.10.1薄透镜（会聚透镜）成像规律表成像范围像的性质u>2f2f>v>f倒立、缩小、实像【实验目的】（1）掌握透镜成像的基本规律。（2）学会基本光路的调整和分析方法。（3）学会测薄透镜焦距的几种方法。【实验原理】1.公式法测薄透镜的焦距薄透镜是指透镜中心厚度比透镜焦距小得多的透镜。透镜分为两大

2、类：一类是凸透镜，对光线起会聚作用，所以也叫会聚透镜；另一类是凹透镜，对光线起发散作用，也叫发散透镜。在近轴（靠近光轴并且与光轴的夹角很小的光线）条件下，薄透镜成像规律用下面的公式11J=—十一f"UV]，一UVIfjuV7r式中f焦距，凸透镜为正，凹透镜为负;u——物距，实物为正，虚物为负；V——像距，实像为正，虚像为负。薄透镜成像时的物像关系也可从作图法得出。作图时利用u=2f倒立、等人、实像v>2f—OPv/vn1.凸透镜焦距的测定1）物距像距法根据表3.10.1知，当实物作为光源时，其发散的光经会聚透镜后，在一定条件下成实像，故可以用白屏接收实像加以观察，通过测定物距和像距，利

3、用式（3.10.1）即可算出透镜的焦距。光路如图3.10.1所示。物距像距法测凸透镜焦距光路图3.10.12）共辄法调节物屏与白屏之间的距离L>4f：如图3.10.2所示。固定物体和像屏的位路，则当凸透镜在物体与像屏之间移动时，在像屏上都能得到两次清晰的实像。当透镜在位路01时，像屏上出现清晰放大的实像，在位銘02时，为缩小的实像，而且这两个位路是对称的或是共辄的，即透镜在01位路时的物距和像距，分别是透镜在02时的像距和物距，所以称为共辘法。运用物像的共辘对称性质，用式（3.10.1）推出共辘法测凸透镜焦距光路图3.10.22_24L3）自准直法如图3.10.3所示，当物放在透镜的物方

4、焦平面上时，由物发出的光A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，则平行光经平面镜反射后将沿原来的路线反方向进行，并成像A于物平面上。调节透镜位路，使像清晰，此时透'镜与物体之间的距离，就近似等于透镜的焦距fo自准直法测凸透镜焦距光路图3.10.33.凹透镜焦距的测定1）由辅助透镜成像求焦距''''如图3.10.4所示，设物AB路于凸透遍滋二倍焦距以外，成实像于AB,而在凸鏈齧和ABF之间力fl匸待测焦距的凹透镜L2后，像AB成了凹透镜的虚物：'经I；后，成像于AB,贝I]AB和AB相对于L2来胡是虚物体和实像。分别测出L2到AB和AB的距离，根据式（3.10

5、.1）即可算出像方焦距f2。辅助透镜成像测凹透镜焦距图3.10.4u=—(v—d)21111!、—=-+—(3.10.3)fVU222，=—tMZ—

6、f*22UV丿22式中W——辅助凸透镜的像距；U2凹透镜的物距，是一虚物，为负值；d‘一一两透镜之间的距离；f2——待测凹透镜的像方焦距。2)自准直法''如图3.10.5所示，物AB发出的光经辅助透镜-后成实像于AB,而加上待测焦距的凹透镜L2后，若AB恰好在凹透镜L2的焦平面上，则从L2出射的光成为平行光。在L2后放亠平面反射镜，该平行光经反射镜反射并再依次通过S和Li,最后在物屏上成等大的实像ABo这时AT—二分别测出1_2的位路及AB

7、的位路，则二者之差就輕凹透气自准直法测凹透镜焦距图3.10.54.光学系统的共轴调节透镜成像公式只有在近轴光线的条件下才能成立，为了满足近轴条件，常选用较小的物体，并把它的中心点调到主光轴上，使入射到透镜的光线与主光轴的夹角很小，这一步骤称为共轴调节。（1）粗调：利用目测判断，将光源和各光学元件的中心调成等高、光学元件的方位取向一致，达到使各光学元件的光轴大致重合的目的。（2）细调：利用成像规律来判断。利用共辘法使物屏和像屏之间的距离大于4倍焦距时，移动透镜，在屏上会分别出现一个放大实像和一个缩小实像，改变透镜（或物）的高度，让物的某一点（一般选上端点或下端点）在成大像和成小像时的像点在

8、屏上处于同一位路，此时该物点必定在光轴上，而且光轴平行于导轨面。若开始该大、小像点不在同一位路，则改变透镜高度使成大像时的该像点逐渐向成小像时的该像点靠近，直到成大、小像时该像点位路都不改变，这就是常说的“大像追小像”。调好第一步后，再依次放上其他光学元件，逐一调节这些元件的高度，使得选定的物点经每个光学元件后成的像点的位路在像屏上都不改变，这样可调好整个系统的共轴调节。【实验内容】1.测凸透镜的焦距（1）共轴调节。将光源、物屏、待