3.1薄透镜焦距的测量.PDFVIP

3.1 薄透镜焦距的测量 一、实验目的 1. 熟悉并学会使用光具座。 2.学会光学系统的共轴调节的方法。 3.掌握测量薄透镜焦距的基本方法。 4.熟悉和掌握薄透镜成像的高斯公式的应用。 二、仪器用具 光具座、透镜夹、薄透镜(凸凹各一块)、光源、物屏、像屏、平面反射镜等。 三、实验原理内容方法 薄透镜，是指透镜两表面间的厚度与球面的曲率半径相比可以被忽略不计的透镜；厚度 不能被忽略的透镜通常称为厚透镜。中央厚边缘薄的透镜称为凸透镜或会聚透镜；边缘厚中 央薄的透镜称为凹透镜或发散透镜。当实验透镜可以忽略光学特性和厚度时通常使用薄透镜 近似法来进行相关的计算。测量薄透镜的焦距是光学透镜测量中最基础的实验技能。 如图3-1所示，在笛卡尔坐标中 （原点的左侧取负值，原点的右侧取正值）凸透镜作为 Y轴与X 的交点即圆心，物体AB到透镜的距离为S,一束平行于主光轴的光入射凸透镜，折 射后经像方焦点向前传播，与物体AB经圆心传播的光线相交于 点，垂直于主光轴的 A AB S 为AB 的像，其到透镜的距离为像距 。一般物方焦距为 ，像方焦距为 。 f f 1 1 1 则有透镜成像的高斯公式  （1-1） s s f SS 或 f   （1-2） S S 应用高斯公式时，必须注意各物理量所适用的符号法则，本实验规定：光线自左向右传 播，距离自参考点(透镜光心或原心)量起，原心的左则符号为负，原心右则符号为正，即距 离与光线进行方向一致时为正，反之为负，运算中已知量，须添加符号，未知量，则根据求 得结果中的符号，判断其物理意义。 实验操作和相关说明： 1、光具座的操作是相对简单的，GJZ—1.5A型光具座长1500mm，最小分度值为1mm。滑轨上 配有固定或可移动的滑座，可作为光源、透镜 （使用透镜夹）、物屏、像屏的支座。 2、实验中的物实际上是物屏和光源构成的，物屏一般为黑色刻有镂空数字的挡光屏，光源 于物屏背后照射物屏可以视为是发出近轴光线的物。 3、实验中按光源，物屏，透镜，像屏的次序摆放 （物屏一般不在实验过程中移动），移动滑 座并测量所需要的距离。注意，如当测量物距时，应从物屏量起到透镜的中心处结束。 4、准确观察和记录像屏上得到清晰的像的像屏位置是实验精确的关键，建议测量时在清晰 的像点附近反复移动像屏，从两端逼近清晰点的刻度。由于球差的缘故，可以在一段范围内 观察到较为清晰的像，一般方法是先确定能够得到清晰像的范围，记录下来，再求平均值。 5、对清晰的定义也是因人而异的，但是一般而言，能够观察到的清晰像的范围大概在5mm 左右，当超出这个范围时，会出现像边缘外泛出光芒或边缘内被暗影侵蚀的现象。 测量凸透镜的焦距，可以用以下几种方法： (一)由物距与像距求凸透镜焦距原理 由于实物经过会聚透镜可以得到实像。设透镜的像方焦距为 ，物距为S，对应的像f  距为S′，则根据透镜成像的高斯公式： 1 1 1 A  （1） B S S f  B  ｆ ｆ′ A SS 故 f  S S （2） －S