透镜焦距讲义.doc

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1、实验4.1透镜焦距的测定透镜是组成各种光学仪器的基本光学元件，掌握透镜的成像规律，学会光路的分析和调节技术，对于了解光学仪器的构造和正确使用是有益的。另外，焦距是透镜的一个重要特性参量，在不同的使用场合要选择焦距合适的透镜或透镜组，为此就需要测定焦距。测焦距的方法很多，应该根据不同的透镜、不同的精度要求和具体的条件选择合适的方法。本实验仅介绍其中几种。预习本次实验时，请同时学习本教程中的《4.0光学实验预备知识》。4.1.1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

2、和消视差)；3．学习几种测量透镜焦距的方法。4.1.2实验原理薄透镜成像规律薄透镜是指透镜中央厚度d比透镜焦距f小很多的透镜。例如一个厚度d约为4mm而透镜焦距f约为150mm的透镜在我们的实验中就可以认为是薄透镜。透镜分为两大类。一类是凸透镜（也称为正透镜或会聚透镜），对光线起会聚作用，焦距越短，会聚本领越大；另一类是凹透镜（也称负透镜或发散透镜），对光线起发散作用，焦距越短，发散本领越大。在近轴光线（靠近光轴并且与光轴的夹角很小的光线）条件下，薄透镜的成像规律可用下列公式（常称它为透镜成像公式）表示：（4

3、.1.1）（4.1.2）式中各量的意义及它们的符号规则如下：p为物距，实物为正，虚物为负；q为像距，实像为正，虚像为负；f为焦距，凸透镜为正，凹透镜为负；y和y'分别为物的大小和像的大小，从光轴算起，光轴之上为正，光轴之下为负；b为线放大率。公式中各量的正负号由上述统一的符号规则决定，但是，不同的书可能采用不同的符号规则，因而使得各公式的形式也会不同。对于薄透镜，公式中p和q都是从光心算起，对于厚透镜或一般光学系统，虽然式（1）和式（2）仍然成立，但对于p、q和f的起算点另有规定。实验中，为尽可能满足近轴光线

4、的条件，常采取两个措施：（1）在透镜前加一光阑以挡住边缘光线，（2）调节各元件使之共轴。薄透镜的成像规律可用光路图表示，如图4.1.1。图中实线箭矢表示实物或实像，虚线箭矢表示虚物或虚像，不带撇的数字表示物的编号，带撇的数字表示像的编号。透镜焦距为OF=OF'=f。为了清楚起见，我们分别画了两个光路图。图中(a)是实物成像的情形，图(b)是虚物成像的情形。读者可根据已学过的透镜成像作图法看懂这些图。由图4.1.1就可看出物距及物的性质(实物或虚物)变化时相应的像距及像的性质的变化规律。所谓像的性质包括：是实像

5、还是虚像，相对于物来说是放大还是缩小了，正立还是倒立的。具体的成像规律读者可自己来总结。图4.1.1凸透镜的成像规律4.1.3实验仪器1．导轨，滑块等，如图4.1.2中的2、3所示。2．焦距仪、平行光管焦距仪用于测量透镜或透镜组(包括厚透镜)的焦距，精度比较高，是实际工作中常用的测焦距仪器。它还可用来测光学系统物镜的分辨率以及定性检查光学零件的成像质量。图4.1.2焦距仪外形图1.平行光管2.导轨3.滑块4.待测透镜5.测微目镜图4.1.3焦距仪光学系统的结构1.光源2.毛玻璃3.玻罗板4.物镜5.待测透镜6

6、.活动分划板7.固定分划板8.目镜实验室中用的焦距仪主要由平行光管和测微目镜组成，如图4.1.2所示，其光学系统的结构见图4.1.3。平行光管内的玻罗板位于平行光管物镜的焦平面上，其上刻有5对平行线，如图4.1.4所示，图中标出了每一对平行线的线距标称值，最外面一对长线的线距为20mm，实验时根据具体情况选用合适的线距进行测量。3．测微目镜测微目镜的结构如图4.1.5所示。固定分划板上有8个分格，每分格距离为1mm，见图4.1.6。活动分划板上刻有叉丝，见图4.1.7，用于对准被测物体。活动分划板和固定分划板

7、相距很近，可以认为两者在同一平面上。鼓轮上刻有100个分格。鼓轮转一圈，活动分划板移动1mm。测量前先调节目镜，看清叉丝。测量时，使被测物成像于分划板上，用叉丝依次对准被测点，测出它们的位置。被测点位置的整数部分由固定分划板上的毫米刻尺读出（有一种测微目镜无固定分划板，但在鼓轮内侧套筒上刻有毫米刻尺），小数部分由鼓轮上的刻度读出，估读到0.001mm。有些工厂生产的焦距仪是由平行光管和读数显微镜组成，读数显微镜包括物镜、测微目镜和调节架，使用这种焦距仪时，要考虑到物镜的放大作用对测量的影响。图4.1.4玻罗板

8、的平行线及线距标称值(单位：mm)图4.1.5测微目镜结构1.目镜2.固定分划板3.活动分划板4.鼓轮图4.1.7活动分划板图4.1.6固定分划板4．物屏、像屏、凸透镜、凹透镜、平面镜等4.1.4实验任务课上完成以下三个必作实验，并从选作实验题目中任选其中一或两个实验进行研究。4.1.4.1共轭法测凸透镜焦距共轭法又称贝塞尔法。如图4.1.8，使物与屏间的距离b>4f并保持不变。当凸透镜在O1处，屏