透镜焦距的测定及光学设计

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1、南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：透镜焦距测量与光学设计学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、实验目的：1.观察薄凸透镜、凹透镜的成像规律。2.学习测量焦距的方法：自准法、物像法、共轭法测凸透镜焦距；辅助成像测凹透镜焦距。3.通过实验掌握望远镜和显微镜的基本原理，并在导轨和光具座上用透镜自组望远镜和显微镜。4.通过实际测量了解显微镜、望远镜的主要光学参量。5.了解视觉放大率的概念并学习其测量方法。二、实验原理：1．测凸透镜的焦距（1）自准直法如图1所示，用屏上“1”字矢孔屏作为发光物。在凸透镜的另一边放置一平

2、面反射镜，光线通过凸透镜后经平面反射镜返回孔屏上。移动透镜位置可以改变物距的大小，当物距正好是透镜的焦距时，物上任意一点发出的光线经透镜折射后成为平行光，经平面镜反射后，再经透镜折射回到矢孔屏上。这时在矢孔屏上看到一个与原物大小相等的倒立实像。这时物屏到凸透镜光心的距离即为此凸透镜的焦距。（2）物距像距法如图2所示，用屏上“1”字矢孔作为发光物，经过凸透镜折射后成像在另一侧的观察屏上。在实验中测得物距u和像距v，则凸透镜的焦距为用自准直法和物距像距法测凸透镜焦距时，都必须考虑如何确定光心的位置。光线从各个方向通过凸透镜中的一点而不改变方向，这点就是该凸透

3、镜的光心。凸透镜的光心一般与它的几何中心不重合，因而光心的位置不易确定，所以上述两种方法用来测定凸透镜焦距是不够准确的，误差约为1.0%~5.0%。图1自准直法测焦距图2物距像距法测焦距3.共轭法测量凸透镜焦距如果物屏与像屏的距离b保持不变,且b>4f,在物屏与像屏间移动凸透镜,可两次成像.当凸透镜移至O1处时,屏上得到一个倒立放大实像,当凸透镜移至O2处时,屏上得到一个倒立缩小实像,由共轭关系结合焦距的高斯公式得:实验中测得a和b,就可测出焦距f.光路如上下图所示:4.凹透镜（辅助成像）：如下图所示，在没有凹透镜时，物AB经凸透镜后将成实像A`B`，在

4、和B`A`间插入凹透镜后，B`A`便称为了的物，但不是实物，而为虚物。对而言，物距A`O`-=。该虚物由凹透镜再成实像于B``A``,由透镜成像公式（1）得5.显微镜原理：显微镜是用来观察近处细小物体细节的重要目视光学仪器吧，它对被观察物体进行了两次放大：第一次是通过物镜将被观察物放大于目镜的分划板上，在很靠近物镜焦点的位置上成倒立放大实像；第二次是经过目镜将第一次所成实像再次放大成虚像供眼睛观察，原理如图所以经过物镜和目镜的两次放大，显微镜的放大率，其中是明视距离。4.望远镜原理：望远镜是观察远距离物体的光学仪器。其作用是使通过望远镜所看到的物体对眼睛

5、的张角大于用眼睛直接观察物体的张角，从而产生放大感觉。望远镜由物镜和目镜组成，物镜的像方焦点与目镜的像方焦点重合，因此平行光射入望远系统后，仍以平行光射出（1）开普勒望远镜：由两个凸透镜组成，物镜的像方焦点与目镜的像方焦点重合，望远系统的垂直放大率仅仅取决于望远系统的结构参量，于物距无关，即（2）伽利略望远镜：伽利略望远镜是由一个长焦距凸透镜和一个短焦距凹透镜组成，物镜的像方焦点与目镜的像方焦点重合其工作原理如图三、实验仪器：光具座、凸透镜、凹透镜、光源、物屏、平面反射镜、水平尺和滤光片等四、实验内容和步骤：1．共轴调节参照图3布置光路，放置物屏和像屏，

6、使其间距，移动透镜并对它进行高低、左右调节，使两次所成的像的顶部（或底部）之中心重合，需反复进行数次调节，方能达到要求。2．自准直法测焦距如图1布置光路，调透镜的位置，高低左右等，使其对物成与物同样大小的实像于物的下方，记下物屏和透镜的位置坐标和。图43．物距——像距法测焦距如图2布置光路，固定物和透镜的位置，使它们之间的距离约为焦距的2倍,移动像屏使成像清晰,调透镜的高度，使物和像的中点等高,左右调节透镜和物屏，使物与像中点连线与光具座的轴线平行,用左右逼近法确定成理想像时，读像屏的坐标,重复测量5次。五、实验数据与处理：1.凸透镜（1）自准法物透镜1

7、145.1949.52.物像法物B透镜O像B’1231.0932.0279.01200.0900.02480由得物B（单位：mm）透镜O（单位：mm）像B’（单位：mm）1100.01036.0810.01200.01120.0950.0由得3）共轭法物B（单位：mm）透镜O1（单位：mm）透镜O2（单位：mm）像B’（单位：mm）1200.0900.0600.0300.01100.0580.0750.0250.0由得：物B（单位：cm）透镜O1（单位：cm）透镜O2（单位：cm）像B’（单位：cm）1200.01130.0975.0900.01150.

8、01008.9981.5900.0由得：2.凹透镜焦距的测定成像法（辅助透镜法）