薄透镜焦距的测定及其误差分析PDF打印.pdfVIP

一 寸 光 阴 不 可 轻 薄透镜焦距的测量 教学目的 1、了解透镜成像的原理、成像规律及视差原理的实际应用； 2 、掌握光学系统的共轴调节技术，掌握薄透镜焦距的测量方法； 3、培养学生实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。 重难点 重点：1）光学系统的共轴调节； 2 ）透镜焦距的测量。 难点：1）光学系统共轴调节； 2 ）凹透镜焦距的测量。 教学方法 讲授与演示相结合 学时 3 学时 一、实验简介 透镜是最常用的光学元件，是构成显微镜、望远镜等光学仪器的基础。 焦距是表征透镜成像性质的重要参数。测定焦距不单是一项产品检验工作，更重 要的是为光学系统的设计提供依据。学习透镜焦距的测量，不仅可以加深对几何光学 中透镜成像规律理解，而且有助于训练光路分析方法、掌握光学仪器调节技术。 最常用的测焦距方法大都是根据物像关系设计的，如：物像法、大小像法、辅助 成像法等。 二、实验目的 1、了解透镜成像的原理及成像规律； 2 、学会光学系统共轴调节，了解视差原理的实际应用； 3、掌握薄透镜焦距的测量方法，会用左、右逼近法确定像最清晰的位置，测量 凸透镜和凹透镜的焦距； 4 、能对实验结果进行分析，比较各种测量方法的优缺点，对实验数据进行不确 定度处理，写出合格的实验报告。 三、实验原理 薄透镜是透镜中最基本的一种，其厚度较自身两折射球面的曲率半径及焦距要小 得多，厚度可忽略不计，在近轴条件下，物距 、像距 、焦距 满足高斯公式： 符号规定：距离自参考点（薄透镜的光心）量起，与光线进行方向一致时为正， 反之为负。 （一）凸透镜焦距的测定 1、自准法 自准法测焦距 光路如上图所示，若物位于焦平面上，则由平面镜反射后成一与原物等大倒立的 像于同一焦平面上。 2 、物像法（选做） 1 一 寸 光 阴 不 可 轻 物像法测焦距 光路如上图所示，测出物距和像距后，代入透镜成像公式即可算出凸透镜的焦距。 3、共轭法（贝塞尔法、位移法） 贝塞尔法测焦距 物屏与像屏的相对位置 保持不变，而且 ，当凸透镜在物屏与像屏之间移 动时，可实现两次成像。透镜在 位置时，成倒立、放大的实像，透镜在 位置时， 成倒立、缩小的实像。实验中，只要测量出光路图中的物屏与像屏的距离 和透镜两 次成像移动的距离 ，代入下式就可算出透镜的焦距。 （二）凹透镜焦距的测定 1、物像法 为了测量凹透镜的焦距，常用辅助凸透镜与之组成透镜组，使得到能用像屏接收 的实像。其测量原理如下光路图所示。 物像法测凹透镜焦距 实物 经凸透镜 成像于 ，在 和 之间插入待测凹透镜 ，就凹透镜 而言，虚物 又成像于 。实验中，调整 及像屏至合适的位置，就可找 到透镜组所成的实像 。因此可把 看为凹透镜的物距 ， 看为凹透镜 的像距 ，则由成像公式可得： （虚物的物距为正） 由于 ，求出的凹透镜 的焦距 为负值。 2 、自准法（选做） 自准法测凹透镜的焦距 实物 经凸透镜 成像于 ，在 和 之间插入待测凹透镜 和平面反射 2 一 寸 光 阴 不 可 轻 镜 ，移动凹透镜，当凹透镜与 的间距等于凹透镜焦距 时，经凹透镜折射后 的光线变成一组平行光线，该平行光线经平面镜反射，凸透镜会聚于箭矢物平面成一 清晰的倒立实像，测出 到 的距离，就得到凹透镜的焦距。 四、实验仪器 带标尺的光具座一台，凸透镜一块，凹透镜一块，带箭矢物光孔电源一台，平面 反射镜一块，光屏一个，光学元件底座和支架各6 个。 五、实验内容与步骤 （一）光学系统的共轴调节 先利用水平尺将光具座导轨在实验桌上调节成水平，然后进行各光学元件同轴等 高的粗调和细调，直到各光学元件的光轴共轴，并与光具座导轨平行为止。 1、粗调 将箭矢物、凸透镜、凹透镜、平面镜、白屏等光学元件放在光具座上，使它们尽 量靠拢，用眼睛观察，进行粗调（升降调节、水平位移调节）,使各元件的中心大致 在与导轨平行的同一直线上，并垂直于光具座导轨。 2 、细调 利用透镜