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透镜参数的测量

（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）

透镜是使用最广泛的一种光学元件，眼球也是一种透镜，我们正是通过这一对透镜来观看周

围世界的。透镜及各种透镜的组合可形成放大的或缩小的实像及虚像。人类就是利用透镜及其组

合观察到遥远宇宙中星体的运行情况以及肉眼看不见的微观世界的。

透镜是用透明材料（如光学玻璃、熔石英、水晶、塑料等）制成的一种光学元件。一般它由

两个或两个以上共轴的折射表面组成。仅有两个折射面的透镜称单透镜，由两个以上折射面组成

的透镜称组合透镜。多数单透镜的两个折射曲面都是球面或一面是球面而另一面是平面，故称其

为球面透镜，它可分为凸透镜、凹透镜两大类，每类又有双凸（凹）、平凸（凹）、弯凸（凹）三

种。两个折射面有一个不是球面（也不是平面）的透镜称为非球面透镜，它包括柱面透镜、抛物

面头颈等。根据厚度的差异，透镜可分为薄透镜和厚透镜两种。连接透镜两表面曲率中心的直线

称为透镜的主轴。透镜两表面在其主轴上的间隔与球面的曲率半径相比不能忽略的，称为厚透镜；

若可略去不计，则称其为薄透镜。实验室中常用的透镜大多为薄透镜。根据聚光性能的差异，透

镜又可分为会聚透镜和发散透镜两种。

描述透镜的参数有许多，其中最重要、最常用的参数是透镜的焦距。利用不同焦距的透镜可

以组合成望远镜、显微镜等。透镜将物成像，决定像的质量的一个重要参数就是像差，像差有多

种，如果测得透镜的像差，就可以以一定的方法来消除像差提高成像质量。

通过本实验要求同学们了解激光的扩束系统，光源、物、像间的关系以及球差、色差产生的

原因；熟练掌握扩束光源、光具座上各种光学元件的调节并且测量薄透镜的焦距和透镜的球差和

色差。

实验原理

1．光源扩束

（焦距为f）的像方焦点和一个焦

11

距较长的凸透镜F（焦距为f）的物方焦点重合时，可将一光斑大小为r的入射平行光扩大为光

221

斑大小为r2的n倍的平行光

2

fr

n22（1）

fr

11

光学上称其为扩束系统，常用于激光的扩束。

2．直接法测焦距

、x，就可测得该透镜的焦距

12

fxx（2）

21

3．公式法测焦距

’分别对应物距、像距。p、p’不仅有大小，还有正负。正负遵守符号法则，物距、像距分别为

自透镜中心处至物、像间的距离，当物、像为实物、实像时，对应的符号为正，反之为负。

在近轴条件下，根据物像公式

111

（3）

ppf

可以测得透镜的焦距。

4．位移法测焦距

L2l2

f（4）

4L

通过（4），只要测得L、l，即可获得焦距f。

3

5．测凹透镜的焦距

凹透镜是一发散透镜，物经其仅能成虚像，虚像不能用像屏接受，这样无法直接用物成像的

方法来计算焦距，但可利用凸透成的像作为凹透镜的物，使其成实像。利用物象公式可以计算出

凹透镜的焦距，注意凹透镜的物、像焦距的符号及物距、像距的符号。此时利用下式