《薄透鏡焦距的測(cè)定 物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《薄透鏡焦距的測(cè)定 物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告（12頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱： 薄透鏡焦距的測(cè)定 學(xué)院： 信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓 座位號(hào)： 01 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 第7周星期3下午 4點(diǎn)開始

2、 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1．掌握光路調(diào)整的基本方法； 2．學(xué)習(xí)幾種測(cè)量薄透鏡焦距的實(shí)驗(yàn)方法； 3. 觀察薄凸透鏡、凹透鏡的成像規(guī)律。 二、實(shí)驗(yàn)原理： (一)凸透鏡焦距的測(cè)定 1.自準(zhǔn)法 如圖所示，在待測(cè)透鏡L的一側(cè)放置一被光源照明的物屏AB，在另一側(cè)放一平面反射鏡M，移動(dòng)透鏡（或物屏），當(dāng)物屏AB正好位于凸透鏡之前的焦平面時(shí)，物屏AB上任一點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)透鏡折射后，仍會(huì)聚在它的焦平面上，即原物屏平面上，形成一個(gè)與原物大小相等方向相反的倒立實(shí)像AB。此時(shí)物屏到透鏡之間的距離，就是待測(cè)透鏡的焦距，即 f=s 由于

3、這個(gè)方法是利用調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置本身使之產(chǎn)生平行光以達(dá)到聚焦的目的，所以稱之為自準(zhǔn)法，該法測(cè)量誤差在1%~5%之間。 2.成像法 在近軸光線的條件下，薄透鏡成像的高斯公式為 1s-1s=1f 當(dāng)將薄透鏡置于空氣中時(shí)，則焦距為： f=-f=sss-s 式中f為像方焦距，f為物方焦距，s為像距，s為物距。 式中的各線距均從透鏡中心（光心）量起，與光線行進(jìn)方向一致為正，反之為負(fù)，如圖所示。若在實(shí)驗(yàn)中分別測(cè)出物距s和像距s，即可用式求出該透鏡的焦距f。但應(yīng)注意:測(cè)得量須添加符號(hào)，求得量則根據(jù)求得結(jié)果中的符號(hào)判斷其物理意義。 3.共軛法 共軛法又稱為位

4、移法、二次成像法或貝塞爾法。如圖所示，使物與屏間的距離D>4f并保持不變，沿光軸方向移動(dòng)透鏡，則必能在像屏上觀察到二次成像。設(shè)物距為s1時(shí)，得放大的倒立實(shí)像；物距為s2時(shí)，得縮小的倒立實(shí)像，透鏡兩次成像之間的位移為d，根據(jù)透鏡成像公式，可推得： f=D2-d24D 物像公式法、自準(zhǔn)法都因透鏡的中心位置不易確定而在測(cè)量中引進(jìn)誤差。而共軛法只要在光具座上確定物屏、像屏以及透鏡二次成像時(shí)其滑塊移動(dòng)的距離，就可較準(zhǔn)確地求出焦距f。這種方法無需考慮透鏡本身的厚度，測(cè)量誤差可達(dá)到1%。 操作要領(lǐng)： 粗測(cè)凹透鏡焦距，方法自擬。 取D大于4f。 調(diào)節(jié)箭矢中點(diǎn)與透鏡共軸，并且應(yīng)使透鏡光軸盡量與

5、光具座導(dǎo)軌平行。往復(fù)移動(dòng)透鏡并仔細(xì)觀察，成像清晰時(shí)讀數(shù)。重復(fù)多次取平均值。 （二）凹透鏡焦距的測(cè)定 成像法（輔助透鏡法） 如圖所示，先使物AB發(fā)出的光線經(jīng)凸透鏡L1后形成一大小適中的實(shí)像AB，然后在L1和AB之間放入待測(cè)凹透鏡L2，就能使虛物AB產(chǎn)生一實(shí)像AB。分別測(cè)出L2到AB和AB之間距離s2、s2，根據(jù)式f=-f=sss-s 即可求出L2的像方焦距f2。 三、實(shí)驗(yàn)儀器： 光具座、凸透鏡、凹透鏡、光源、物屏、平面反射鏡、水平尺和濾光片等 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟： 1. 光學(xué)系統(tǒng)的共軸調(diào)節(jié) 共軸調(diào)節(jié)是光學(xué)測(cè)量的先決條件，也是減少誤差、確保實(shí)驗(yàn)成功的重要步驟。所謂“共軸

6、”，是指各光學(xué)元件（如光源、物、透鏡等）的主光軸重合。由于在光具光具座上進(jìn)行，所以須使光軸平行于光具座導(dǎo)軌的刻度線。具體調(diào)節(jié)分兩步進(jìn)行： a. 粗調(diào)。將安置于光具座上的各光學(xué)元件靠攏在一起，用眼觀察，并調(diào)節(jié)它們的中心使它們處在同一高度，且連線（光軸）平行于導(dǎo)軌。 b. 細(xì)調(diào)。將各光學(xué)元件按實(shí)驗(yàn)要求移開，利用透鏡成像規(guī)律進(jìn)一步調(diào)整，移動(dòng)透鏡及屏?xí)r，將大小不同的像生成在不同的位置。若這些大小不等的像的中心在屏上的位置重合，則說明系統(tǒng)已共軸；若在移動(dòng)透鏡的過程中，像的中心位置不重合，則應(yīng)調(diào)節(jié)透鏡的高低或左右位置。 2. 測(cè)凸透鏡的焦距 a. 用物距像距法測(cè)4次，每次測(cè)量應(yīng)改變物距，分別

7、代入公式（2）求，將結(jié)果表示成。 b. 用自準(zhǔn)法測(cè)2次求平均值，結(jié)果以表示。 c. 用位移法測(cè)2次。在同一值下測(cè)2次，以公式（6）分別算出，并將結(jié)果表示成。 3. 測(cè)凹透鏡的焦距 a. 以物距像距法測(cè)2次，每次改變物距，測(cè)像距，分別代入公式（2）求，結(jié)果以表示。 注意：在測(cè)量凹透鏡的焦距時(shí)，測(cè)得的數(shù)據(jù)誤差往往較大，原因主要有4個(gè)方面：共軸沒有調(diào)節(jié)好；選凸透鏡成的小像作為物；選擇物距值沒有盡可能的大；沒有認(rèn)真判斷像的清晰位置。 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理： 凸透鏡 1、自準(zhǔn)法 物／mm 透鏡／mm 焦距／mm 1094.5 1307.2 212.7 1093.

8、6 1307.8 214.2 所以 2、物像法： 物B／mm 透鏡O/mm 像B/mm 透鏡1 1307.2 950.2 444.3 1307.2 851.1 458.1 透鏡2 1307.2 1142.9 1062.1 1307.2 1165.8 1078.9 所以對(duì)于凸透鏡1（1，2代表第1、2次實(shí)驗(yàn)）: 所以 有 對(duì)于不確定度： A類不確定度： B類不確定度： 所以合成不確定度為： 所以焦距f最終可表示為 對(duì)于凸透鏡2（1，2代表第1、2次實(shí)驗(yàn)）: 所以 有 對(duì)于不確定

9、度： A類不確定度： B類不確定度： 所以合成不確定度為： 所以焦距f最終可表示為 共軛法： 物B/mm O1／mm O2／mm 屏B／mm 1307.2 954.5 775.2 429.8 1307.2 994.8 638.2 332.9 1307.2 1240.9 919.8 853.8 1307.2 1238.9 984.9 917.9 對(duì)于凸透鏡1（1，2代表第1、2次實(shí)驗(yàn)）: 所以可以知道 求平均值得 對(duì)于不確定度： A類不確定度為 B類不確定度為 所以合成不確定度為： 所以f可

10、以表示成 對(duì)于凸透鏡2（1，2代表第1、2次實(shí)驗(yàn)）: 所以 求平均值得 對(duì)于不確定度： A類不確定度為 B類不確定度為 所以合成不確定度為： 所以f可以表示成： 凹透鏡： 單位/mm 物屏A 凸透鏡O1 凹透鏡O2 像A 像A 凹透鏡1 1370.2 844.8 545.8 465.1 171.5 1370.2 844.8 538.2 465.1 273 凹透鏡2 1370.2 844.8 499.9 465.1 333.8 1370.2 844.8 505.2 465.1 234.1 對(duì)于凹透鏡1（1，2代表

11、第1、2次實(shí)驗(yàn)）: 所以 求平均值得 對(duì)于不確定度： A類不確定度為 B類不確定度為 所以合成不確定度為： 所以f可以表示成： 對(duì)于凹透鏡2（1，2代表第1、2次實(shí)驗(yàn)）: 所以 求平均值得 對(duì)于不確定度： A類不確定度為 B類不確定度為 所以合成不確定度為： 所以f可以表示成： 六、誤差分析： 1、地面的不完全水平導(dǎo)致光具座的不同程度的傾斜，從而在實(shí)驗(yàn)過程中影響各光學(xué)元件的同軸等高操作； 2、因?yàn)槭褂眠^于頻繁而保存不當(dāng)，光具座上或多或少出現(xiàn)銹跡影響讀數(shù)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有誤； 3、長(zhǎng)時(shí)間的使用和多人操作使得各透鏡表面及邊緣或有不同程度的磨損，從而引起透鏡焦距的改變，使得實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)與儀器原始數(shù)據(jù)有所相差； 4、實(shí)驗(yàn)重復(fù)次數(shù)過少，實(shí)驗(yàn)的偶然性較大，多重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)求平均值更好。 5、由于場(chǎng)地及實(shí)驗(yàn)儀器的限制，使得實(shí)驗(yàn)中某些移動(dòng)略微不便，結(jié)果是不能得到更多更完備的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，間接影響最終結(jié)果； 七、思考題： 1．利用f=(D*D-d*d)/4D測(cè)量凸透鏡焦距有什么好處？ 答：涉及測(cè)量量少，減少誤差。 2.試證明，共軛法中，物與屏間的距離D>4f。 由公式f=D2-d24D得D(D-4f)=d2，又因?yàn)镈>0,所以D>4f。 八、附上原始數(shù)據(jù)：