平行光管测量透镜焦距的误差分析及仪器改进.docVIP

平行光管测量透镜焦距的误差分析与仪器改进 第一作者钟鸣 第二作者启越 2014年12月7日 摘要：平行光管是一种能发射平行光束的精密仪器，也是装佼和调整光学仪器的重要工具。本文针对使用平行光管进行透镜测量的实验进行误差的定量分析，并且提出有助于提高实验仪器人性化的改进装置。 关键词：平行光管 透镜焦距 仪器改进 误差分析 Abstract：Parallel light pipe is a kind of parallel beam can launch precision instrument, is also an important tool for radiance and adjust the optical instrument. This article in view of the lens of parallel light pipe is used to measure the experiment error of quantitative analysis, and put forward to improve the experiment instrument humanistic refinements. Key words: parallel light tube focal length of the lens Improve instruments The error analysis 实验重点 ①掌握简单光路的调整方法——等高共轴调整 ②学习测量方法中消除系统误差或减小随机误差的方法 ③掌握平行光管法测透镜焦距的方法 实验原理 薄透镜是指透镜的中心厚度d 远小于其焦距f（d f ）的透镜。近轴光线是指通过透镜中心部分并与主光轴夹角很小的那一部分光线。为了满足近轴光线条件，常在透镜前（或后）加一带孔的屏障，即光阑，以挡住边缘光线；同时选用小物体，并作等高共轴调节，把它的中点调到透镜的主光轴上，使入射到透镜的光线与主光轴的夹角很小。在近轴光线条件下，薄透镜的成像规律可用下式表示，即 其中，u为物距，实物为正，虚物为负；v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。对于薄透镜，均从光心开始算起。 平行光管是一种能发射平行光束的精密光学仪器，也是装校和调整光学仪器的重要工具之一。它有一个质量优良的准直物镜，其焦距的数值是经过精确测定的。本实验所用f550平行光管，其物镜焦距约550mm（准确数值由厂家提供）。其光学系统主要结构如图所示 1. 光源 2.毛玻璃 3.分划板 4.物镜 实验一 测量凸透镜的焦距 本实验利用物像之间的比例关系，测量透镜的焦距。实验光路如下图所示 将待测透镜置于平行光管物镜前，再将平行光管内的分划板换成刻有五组刻线对的波罗分划板，波罗分划板每对刻线的间距非别为20,10,4,2,1（mm）从图中几何关系可知待测透镜的焦距为 ① 式①中y是波罗分划板上所选刻线对的实际间距，是该刻线对在透镜后焦面上所成像的间距，是平行光管物镜的焦距，是待测凸透镜的焦距 实验二 测量凹透镜的焦距 测量原理是将一焦距已知的凸透镜与待测凹透镜组成一个伽利略望远镜系统，实验光路如下图所示 将待测凹透镜放在两凸透镜和之间，当调节凹透镜放在两凸透镜和之间，当调节凹透镜的位置使其后焦点与凸透镜的后焦点重合时，凸透镜与凹透镜便准确的组成伽利略望远镜，他们的出射光线再次成为平行光，由几何关系得 又根据前述凸透镜焦距的测量原理，可知凹透镜的焦距，满足 ② 由式①式②得 或 ③ 式中，是玻罗分划板上某刻线对经凸透镜成像后的间距；是该刻线对经、、透镜组成像后得到的间距；是凸透镜的焦距。 三、实验仪器 光具座、凸透镜、凹透镜、光源、屏、叉丝分划板、平行光管（含十字叉丝、波罗分划板）、测微目镜、半导体激光体、凸面镜、凹面镜、平面反射镜。 四、主要步骤 （1）等高共轴调节 本实验中各元件的等高共轴调节极为重要，特别是测凹透镜焦距时，若共轴调节不准，就可能观察不到成像。本实验等高共轴调节思路如下： ①目测粗调各光学元件等高共轴。将各光学元件靠拢在一起，调节他们高低左右的位置，凭目测使它们的中心大致在一条与导轨平行的直线上，元件平面与导轨垂直。 ②利用细激光束的高准直特性进行细调。在平行光管的焦平面上 放置十字叉丝分划板，让激光束照射叉丝中心，并从平行光管物镜中心出射，此时可以在物镜后的白屏上观察到十字叉丝的衍