薄透镜焦距的测定.doc

薄透镜焦距的测定 【实验目的】 1．?掌握光路调整的基本方法； 2．学习几种测量薄透镜焦距的实验方法。【实验仪器】 照明光源（钠光灯）、物屏、白屏、光具座、平面镜、待测透镜等。【实验原理】 透镜的厚度相对透镜表面的曲率半径可以忽略时，称为薄透镜。薄透镜的近轴光线成像公式为 ?????????????????????????????????????????????????????（1） l?????????s为物距，s′为像距，f?′为像方焦距。其符号规定如下：实物与实像时取正，虚物与虚像时取负；f?为透镜焦距，凸透镜取正，凹透镜取负 。 ?????????? 图1凸透镜自准法?????????????????? 1．凸透镜焦距的测量原理 (1)自准直法 ????光源置于凸透镜焦点处，发出的光线经过凸透镜后成为平行光，若在透镜后放一块于主光轴垂直的平面镜，将此光线反射回去，反射光再经过凸透镜后仍会聚于焦点上，此关系称为自准原理。如果在凸透镜的焦平面上放一物体，如图1所示，其像也在该焦平面上，是大小相等的倒立实象，此时物屏至凸透镜光心的距离便是焦距。 ???????????? ? 图2实物成实像法 ?(2)用实物成实像求焦距 如图2所示，用实物作为光源，其发出的光线经会聚透镜后，在一定条件下成实像，可用白屏接取实像加以观察，通过测定物距和像距，利用（1）式即可算出焦距。 ? 图3共轭法 ? （3）共轭法 ????如图3所示，如果物屏与像屏的距离D保持不变，且D? 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象A1B1,当凸透镜移至O2处时，屏上得到一个倒立缩小实象A2B2，由图2可知，透镜在O1处时： ???????????????????????????（2） 透镜移至O2处时： ?????????????????????????????????（3） 由此可得： ??????????????????????????????????????????????????????（4） 测出D和d，即可求得焦距。 2．凹透镜焦距的测量原理 利用虚物成实像求焦距： ? 图4 如图4所示，先用凸透镜L1使AB成实象A1B1，像A1?B1便可视为凹透镜L2的物体（虚物）所在位置，然后将凹透镜L2放于L1和A1B1之间，如果O1A1f2∣，则通过L1的光束经L2折射后，仍能形成一实象A2B2。物距s?= O2A1，像距s′?= O2A2，代入公式（1），可得凹透镜焦距。 【实验】 1．光路调整 ???????由于应用薄透镜成像公式时，需要满足近轴光线条件，因此必须使各光学元件调节到同轴，并使该轴与光具座的导轨平行，“共轴等高”调节分两步完成： （1）目测粗调：把光源、物屏、透镜和像屏依次装好，先将它们靠拢，使各元件中心大致等高在一条直线上，并使物屏、透镜、像屏的平面互相平行。 （2）细调：利用共轭法调整，参看图2，固定物屏和像屏的位置，使D? 4f，在物屏与像屏间移动凸透镜，可得一大一小两次成像。若两个像的中心重合，即表示已经共轴；若不重合，可先在小像中心作一记号，调节透镜的高度使大像的中心与小像的中心重合。如此反复调节透镜高度，使大像的中心趋向小像中心（大像追小像），直至完全重合。 2．凸透镜焦距的测量 由于实验中要人为地判断成像的清晰，考虑到人眼判断成像清晰的误差较大，常采用左右逼近测读法测定屏或透镜的位置，即从左至右移动屏或透镜，直至在物屏或像屏上看到清晰的像，这就是左右逼近测读法。 (1)自准直法： 参看图1，平面镜靠在凸透镜后，固定物屏位置，采用左右逼近测读法测定透镜位置，即从左至右移动透镜，直至在物屏上看到与物大小相同的清晰倒像，记录此时透镜的位置；再从右至左移动透镜，直至在物屏上看到与物大小相同的清晰倒像，记录此时透镜的位置。重复3次。记录透镜的位置，计算焦距。 物屏 透镜 f（cm） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (2)用实物成实像法： 参看图2，将物屏、透镜固定在导轨上，间距大于焦距（可利用自准法数据），利用左右逼近测读法，从左至右移动像屏找到清晰的图像，再从右至左移动像屏，找到清晰的图像，重复3次。记录此时物屏、透镜、像屏的位置，计算焦距。 ? ? 物屏 透镜 像屏 s（cm） s′（cm） f（cm） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）共轭法： ????参看图3，固定物屏和像屏的位置，使D? 4f（可利用自准法数据），采用左右逼近测读法分别测定凸透镜在像屏上成一大一小两