天津理工大学：《大学物理实验》课程教学资源（讲义）薄透镜焦距的测定.pdf_大学文库

薄透镜焦距的测定课时：3学时教材：《大学物理实验》钟鼎主编简介：光学仪器种类繁多，透镜是各种光学仪器中最基本的元件，而透镜的焦距又是反映透镜特性的基本参数。测量透镜焦距的方法有许多，如平行光聚焦法、物距像距法等。本实验采用自准法、共轭法测量透镜的焦距。实验重点：掌握测量透镜焦距的几种方法。难点：掌握和理解光学系统共轴等高调节的方法。教学目的：1.通过实验进一步理解透镜的成像规律。2.掌握测量透镜焦距的几种方法。3.掌握和理解光学系统共轴等高调节的方法。教学方法：以学生实验操作为主，集中讲解、演示，巡回指导。实验要求：1.课前预习，完成预习报告；能够回答实验相关问题。2.课堂上独立操作完成实验，解决实验中遇到的问题，完成思考题。3.课后完成实验报告，做出实验总结。实验仪器：光具座、照明灯、“1字屏、凸透镜、凹透镜、像屏等实验原理：D1.薄透镜成像公式透镜分两种即凸透镜和凹透镜。凸透镜具有使光线会聚的作用，见图01。凹透镜具有使光束发散的作用，见图2。U图 1 透镜成像规律有图1111@Y式中为物距，为像距，为透镜焦距。为物距恒取正值，为像距其正负由像的虚实来决定。当像为实像时，的值为正；虚像时，v的值为负。对于凸透镜焦距取正值，凹透镜焦距取负值。2．薄凸透镜焦距的测定图2薄凸透镜焦距的测定方法有三种。一是利用平面镜采用自准法。物放到凸透镜的前焦面上，物上各点发出的光经过透镜后，变成平行光，到达平面镜被反射回去。又经透镜聚焦，在原物处形成一个大小与原物相同的倒立实象。测出物与透镜光心的距离即为透镜的焦距。二是物距像距法，根据透镜成像公式，只要测出物距和像距v，即可算出焦距了。三是位移法（共轭法）如图3所示，该方法

薄透镜焦距的测定课时：3学时教材：《大学物理实验》钟鼎主编简介：光学仪器种类繁多，透镜是各种光学仪器中最基本的元件，而透镜的焦距又是反映透镜特性的基本参数。测量透镜焦距的方法有许多，如平行光聚焦法、物距像距法等。本实验采用自准法、共轭法测量透镜的焦距。实验重点：掌握测量透镜焦距的几种方法。难点：掌握和理解光学系统共轴等高调节的方法。教学目的：1．通过实验进一步理解透镜的成像规律。 2．掌握测量透镜焦距的几种方法。 3．掌握和理解光学系统共轴等高调节的方法。教学方法：以学生实验操作为主，集中讲解、演示，巡回指导。实验要求：1.课前预习，完成预习报告；能够回答实验相关问题。 2.课堂上独立操作完成实验，解决实验中遇到的问题，完成思考题。 3.课后完成实验报告，做出实验总结。实验仪器：光具座、照明灯、"1"字屏、凸透镜、凹透镜、像屏等实验原理： 1．薄透镜成像公式透镜分两种即凸透镜和凹透镜。凸透镜具有使光线会聚的作用，见图 1。凹透镜具有使光束发散的作用，见图2 。透镜成像规律有式中为物距，为像距，为透镜焦距。为物距恒取正值，为像距其正负由像的虚实来决定。当像为实像时，的值为正；虚像时，的值为负。对于凸透镜焦距取正值，凹透镜焦距取负值。 2．薄凸透镜焦距的测定薄凸透镜焦距的测定方法有三种。一是利用平面镜采用自准法。物放到凸透镜的前焦面上，物上各点发出的光经过透镜后，变成平行光，到达平面镜被反射回去。又经透镜聚焦，在原物处形成一个大小与原物相同的倒立实象。测出物与透镜光心的距离即为透镜的焦距。二是物距像距法，根据透镜成像公式，只要测出物距和像距，即可算出焦距。三是位移法（共轭法）如图3所示，该方法图1 图 1 图2

成一个透镜组，它的作用相当于一个新的凸透镜，应用式（1）便能求出凹透镜焦距。如图4所示从物A点发出的光线经过凸透镜L1，会聚于D点。此时将一个凹透镜L2置于L,和D之间，调节L2的位置（使得图4中L2与D点之间的距离小于凹透镜焦距），由于凹透镜具有发散作用，像点将成像于E点。如果A点是物的位置，则D点是通过凸透镜L所成像的位置，而E点是通过L1、L2透镜组成像的位置，两像均是实像。根据光线传播的可逆性原理，把E点看作物，则它通过透镜组L1、L2成的像一定在A点，而它通过L成的虚象位置一定于D点。依照定义凹透镜的焦距，和物距均为负值，由（1）式可得1+1=1f=(3)u-vfV-1在实验中，采用左右逼近法来确定薄透镜的坐标位置。即从左向右移动透镜，像由模糊到清楚记下镜的坐标位置S士，再从右向左移动透镜，像由模糊到清楚记下镜的坐标位置S右。那么，薄透镜的坐标位置可由S=（S左+S右）/2式计算出。实验步骤：1.光具座的水平调整调整光具座的地脚螺丝将光具座的导轨调整成水平（利用水平尺来判断）。2.调节光学元件同轴等高1）粗调。将各光学元件靠拢，调节高低、左右，使光源、物屏、像屏与透镜的中心大致在一条和导轨平行的直线上，并使各元件的平面互相平行且垂直于导轨。2）细调。当物体与像之间距离L>4时，移动透镜在像屏上分别获得放大和缩小的像。大象追小象（调大象的中心与小象的中心重合）的方法反复多次调整。3.自准法测量凸透镜的焦距4.用位移法（共轭法）测凸透镜焦距如图3所示，在满足物屏与像屏间距L>4f时，保持物屏与像屏不动，移凸透镜，可在像屏上得到放大和缩小的倒立实像。1）记下“”物S1”、“像S3”的位置。移动凸透镜使屏上成一个清晰的放大像（用左右逼近法）记下“"镜S2”坐标。2）再次移动凸透镜，使屏上成一个清晰的缩小像（用左右逼近法），记下此时“镜S4”的位置。3）在满足物屏与像屏之间距L>4的情形下，改变物屏、像屏的位置，重复测三次，将各次数据填入表1（“镜S2”、“镜S4”采用左右逼近的方法来测量）。4）依公式2计算出了，并求出焦距的平均值于。5.用物距像距法测凹透镜焦距1）如图4所示，在保证物和凸透镜L，间的距离较大时，在像屏上得到一个清晰的缩小像，记下此时像的位置×1。2）在L,和像屏之间放上待测凹透镜L2，保持L不动，而移动凹透镜L2，并同时向后移动像屏，直到再次得到实象为止。记下此时L2的位置xz及像屏位置x3

成一个透镜组，它的作用相当于一个新的凸透镜，应用式（1）便能求出凹透镜焦距。如图4所示，从物A点发出的光线经过凸透镜 1，会聚于D点。此时将一个凹透镜 2置于 1和D 之间，调节 2的位置（使得图4中L2与D点之间的距离小于凹透镜焦距），由于凹透镜具有发散作用，像点将成像于E 点。如果A点是物的位置，则D点是通过凸透镜 1所成像的位置，而 E点是通过 1、 2透镜组成像的位置，两像均是实像。根据光线传播的可逆性原理，把E点看作物，则它通过透镜组 1、 2成的像一定在A点，而它通过 1成的虚象位置一定于D点。依照定义凹透镜的焦距和物距均为负值，由（1）式可得（3）在实验中，采用左右逼近法来确定薄透镜的坐标位置。即从左向右移动透镜，像由模糊到清楚记下镜的坐标位置S左，再从右向左移动透镜，像由模糊到清楚记下镜的坐标位置S右。那么，薄透镜的坐标位置可由S=（S左+S右）/2式计算出。实验步骤： 1．光具座的水平调整调整光具座的地脚螺丝将光具座的导轨调整成水平（利用水平尺来判断）。 2．调节光学元件同轴等高 1）粗调。将各光学元件靠拢，调节高低、左右，使光源、物屏、像屏与透镜的中心大致在一条和导轨平行的直线上，并使各元件的平面互相平行且垂直于导轨。 2）细调。当物体与像之间距离时，移动透镜在像屏上分别获得放大和缩小的像。大象追小象（调大象的中心与小象的中心重合）的方法反复多次调整。 3.自准法测量凸透镜的焦距 4.用位移法（共轭法）测凸透镜焦距如图3所示，在满足物屏与像屏间距时，保持物屏与像屏不动，移凸透镜，可在像屏上得到放大和缩小的倒立实像。 1）记下“"物 S1” 、“像 S3”的位置。移动凸透镜使屏上成一个清晰的放大像（用左右逼近法）记下“"镜 S2”坐标。 2）再次移动凸透镜，使屏上成一个清晰的缩小像（用左右逼近法），记下此时“镜S4”的位置。 3）在满足物屏与像屏之间距的情形下，改变物屏、像屏的位置，重复测三次，将各次数据填入表 1（“镜 S2” 、“镜 S4 ”采用左右逼近的方法来测量）。 4）依公式 2计算出，并求出焦距的平均值。 5．用物距像距法测凹透镜焦距 1）如图4所示，在保证物和凸透镜 1间的距离较大时，在像屏上得到一个清晰的缩小像，记下此时像的位置。 2）在 1和像屏之间放上待测凹透镜 2，保持 1不动，而移动凹透镜 2，并同时向后移动像屏，直到再次得到实象为止。记下此时 2的位置及像屏位置