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1、薄透鏡焦距的測定 Determining the focal length of thin lens,,,透鏡是組成光學儀器的基本元件之一，標志透鏡性質的一個重要參數(shù)是焦距。了解透鏡成像規(guī)律，掌握光路調整和焦距測量方法，對于了解、使用和設計光學儀器有很大的幫助。本實驗僅測量薄透鏡的焦距。,加深理解薄透鏡的成像規(guī)律； 學會光學元件的共軸調節(jié)技術； 掌握測量薄透鏡焦距的基本方法。,實驗目的,,實驗儀器,光具座，凸透鏡、凹透鏡， 平面反射鏡，光源，帶箭矢孔的物屏，光屏。,,,,,實驗原理,準備知識 薄透鏡：透鏡中心厚度比透鏡的焦距或曲率半徑小很多的透鏡。 透鏡分為凸透鏡和凹透鏡兩類： 凸透鏡：中間厚

2、、邊緣薄，對光線有會聚作用，又稱為會聚透鏡； 凹透鏡：中間薄、邊緣厚，對光線有發(fā)散作用，又稱為發(fā)散透鏡。 有關透鏡的一些名詞解釋： 主光軸：通過透鏡兩個折射球面的球心的直線，叫透鏡的主光軸 光心： 光線通過主光軸上某一特殊點，而不改變方向，這個點叫 透鏡的光心。 副光軸：除主光軸外通過光心的其他直線叫副光軸。,,近軸光線：一般使用透鏡時，物體都在主光軸附近，入射光線的入射角很小，這樣的光線叫近軸光線。焦點：平行于主光軸的近軸光線，通過透鏡后會聚（或發(fā)散，這時其反向延長線會聚）于主光軸上的點，叫主焦點F，如下圖所示。每個透鏡都有分居透鏡兩側的兩個主焦點。焦距：光心O到主焦點F間的距離叫焦距

3、（用字母f表示）。每個透鏡有兩個焦距。薄透鏡兩側的媒質相同時，兩個焦距相等。,,,焦平面 焦平面 F O f f,(a) 凸透鏡的焦點 (b) 凹透鏡的焦點 圖 透鏡的焦點及焦平面,光路可逆原理：在反射和折射定律中，光線如果沿反射和折射方向入射，則相應的反射和折射光將沿原來的入射方向。這就是說，如果物點Q發(fā)出的光經(jīng)光學系統(tǒng)后在Q點成像，則Q點發(fā)出的光線經(jīng)同一光學系統(tǒng)后必然會在Q點成像，即物和像之間

4、是共軛的。,光路圖： （1）平行于主光軸的光線經(jīng)透鏡折射后過透鏡的焦點； （2）過透鏡光心的光線經(jīng)透鏡時不改變方向。,2. 薄透鏡成像公式 當透鏡的厚度遠比其焦距小得多時,這種透鏡稱為薄透鏡。 在近軸光線的條件下,薄透鏡成像的規(guī)律可表示為,u、v 分別為物距和像距，實物與實像時取正，虛物與虛像時取負；f 為透鏡焦距，凸透鏡取正，凹透鏡取負 。,實驗原理,,實驗原理,將物AB放在凸透鏡的前焦平面上,這時物上任一點發(fā)出的光束經(jīng)透鏡后成為平行光,由平面鏡反射后再經(jīng)透鏡會聚于透鏡的前焦平面上, 得到一個大小與原物相同的倒立實像AB。此時, 物屏到透鏡之間的距離就等于透鏡的焦距f。,3. 凸透鏡焦距的測

5、定 1) 自準法,,,,,,,,,,,,,,,,2）共軛法,物與像屏距離L大于4倍焦距，即L4f ，固定物與像屏位置不變，移動凸透鏡，將在屏上出現(xiàn)兩次成像。,,,,,,,,,共軛法又叫位移法、二次成像法或貝塞爾法,,,,,,,,,,,為凹透鏡的虛物，物距為負值,實驗原理,4. 凹透鏡焦距的測定(組合法),,1. 同軸等高的調節(jié) 薄透鏡成像公式僅在近軸光線的條件下成立。對幾個光學元件組成的光路,應使各光學元件的主光軸重合,才能滿足近軸光線的要求。習慣上把各光學元件主光軸的重合稱為同軸等高。,實驗內容,,（1）粗調： 在光具座上使各光具盡量靠攏，用眼睛觀察各光學器件是否與箭矢物AB的中間點等高共軸

6、。 等高調節(jié)：升降調節(jié)各光學器件與箭矢物AB的中間點等高。 共軸調節(jié)：調節(jié)各光學器件支架底座位移調節(jié)螺釘，使各光學器件的中心及箭矢物AB位于光具座中心軸線上，再調節(jié)各光學器件表面與光具座中心軸線垂直。,,（2）細調：,根據(jù)二次成像規(guī)律，首先取箭矢物AB到光屏P的距離為L4f后，兩者固定。 凸透鏡放在物與光屏間，移動凸透鏡使光屏上看到放大和縮小的像，調節(jié)各光學器件支架底座位移調節(jié)螺釘及支架的高低位置，使光屏上看到放大和縮小像的中心點重合。（大像追小像） 同理調節(jié)凹透鏡共軸，同軸等高的調節(jié)完成。,如大像中心偏上（下），透鏡光心就偏上（下）。,,,,,2、自準直法測凸透鏡焦距：,,,在物屏平

7、面鏡之間移動凸透鏡，直到在物屏上找到等大倒立聚焦清晰的像，測五次。,2、自準直法測凸透鏡焦距：,,,在實際測量時，由于對成像清晰程度的判斷總有一定的誤差，故采用左右逼近法讀數(shù)。 先使透鏡從左向右移動，當像剛清晰時，記下透鏡位置的讀數(shù)。繼續(xù)向右移動使像由清晰變模糊，再使透鏡從右向左移動，當像剛清晰時再記下讀數(shù)，取這兩次讀數(shù)的平均值作為成像清晰時凸透鏡的位置。,數(shù)據(jù)記錄自準法,(單位cm),數(shù)據(jù)處理自準法,求凸透鏡的焦距f及其不確定度,合成不確定度,相對不確定度,結果：,3、共軛法測凸透鏡焦距： 物與屏間距大于4倍焦距，并保持不變（多次測量時）。 移動透鏡，當白屏上出現(xiàn)清晰的放大和縮小的像時，

8、記錄透鏡位置。重復次。,,,,數(shù)據(jù)記錄共軛法,(單位cm),求凸透鏡的焦距f及其不確定度,數(shù)據(jù)處理共軛法,間接測量不確定的估算,數(shù)據(jù)處理共軛法,,結果：,4、組合法測凹透鏡焦距： 物經(jīng)過凸透鏡成的小像位置 測5次，放上凹透鏡到合適的位置，移動像屏使像清晰，凹透鏡的位置 測5次，大像的位置 測1次。,,,,,數(shù)據(jù)記錄組合法,(單位cm),求凸透鏡的焦距f及其不確定度,數(shù)據(jù)處理組合法,注意： 為負,間接測量不確定的估算,數(shù)據(jù)處理共軛法,結果：,實驗注意事項,1、自準法中，平面鏡與透鏡的間距大小，從理論上講不影響實驗結果，但為了減少光能的損失，保證像的亮度和清晰程度，間距的取值不宜太大。 2、共軛

9、法中，間距L不要取得太大，否則將使一個象縮得很小，以致難以確定凸透鏡在哪一個位置上時成象最清晰。 3、清晰像的判斷：邊界清晰、不變形、亮度高。用左右逼近法讀數(shù)。 4、透鏡不用時,應將其放在光具座的另一端。 5、愛護儀器，禁止用手或其他東西擦拭透鏡表面，只能用鏡頭紙擦。,思考題,1、分析測焦距時存在誤差的主要原因。 2、在什么條件下，物點發(fā)出的光線通過由凸透鏡和凹透鏡組成的光學系統(tǒng)將得到一個實像？ 3、本實驗教師反復強調要調物、像同軸等高,若不同軸等高對實驗結果有什么影響? 4、在測凹透鏡焦距時怎樣調節(jié)共軸,若發(fā)現(xiàn)放大象中心在上,縮小象中心在下,這說明凹透鏡的位置是偏上還是偏下?,THANKS A LOT,