《工程光学》实验指导书色编柏芳艳安徽理工大学机械工程学院实验中心1
1 《工程光学》实验指导书 柏芳艳 编 安徽理工大学 机械工程学院实验中心
目录实验一用自准法测薄凸透镜焦距f3实验二用位移法测薄凸透镜焦距f...5实验三自组望远镜..7实验四菲涅尔单缝衍射·..9..·11实验五菲涅尔圆孔衍射2
2 目 录 实验一 用自准法测薄凸透镜焦距 f .3 实验二 用位移法测薄凸透镜焦距 f.5 实验三 自组望远镜.7 实验四 菲涅尔单缝衍射.9 实验五 菲涅尔圆孔衍射.11
实验一用自准法测薄凸透镜焦距f一、实验目的(1)掌握简单光路的分析和调整方法(2)了解、掌握自准法测凸透镜焦距的原理及方法二、实验原理当发光点（物）处在凸透镜的焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。三、实验仪器1、带有毛玻璃的白炽灯光源S2、品字形物象屏P：SZ-143、凸透镜L：f=190mm(f=150mm)4、二维调整架：SZ-075、平面反射镜M6.SZ-07二维调整架：7、滑座：TH708、滑座：TH70YZTH709、滑座：10.滑座：TH703
3 实验一 用自准法测薄凸透镜焦距 f 一、实验目的 ⑴掌握简单光路的分析和调整方法 ⑵了解、掌握自准法测凸透镜焦距的原理及方法 二、实验原理 当发光点（物）处在凸透镜的焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成 为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再 次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将在发光点相对于光轴 的对称位置上。 三、实验仪器 1、带有毛玻璃的白炽灯光源 S 2、品字形物象屏 P：SZ-14 3、凸透镜 L： f=190mm(f=150mm) 4、二维调整架： SZ-07 5、平面反射镜 M 6、 二维调整架： SZ-07 7、滑座： TH70 8、滑座： TH70YZ 9、滑座： TH70 10、 滑座： TH70
四、仪器实物图及原理图190图一五、实验步骤1把全部元件按图一的顺序摆放在导轨上，靠拢，调至共轴。而后拉开一定的距离。可调成如图一所示的距离2.前后移动凸透镜L，使在物像屏P上成一清晰的品字形像。3、调M的倾角，使P屏上的像与物重合。4.再前后微动透镜L，使P屏上的像既清晰又与物同大小。5、分别记下P屏和透镜L的位置a1、a2。6.把P屏和透镜L都转180度，重复做前四步。7、再记下P和L的新位置b1、b2。8.分别把f=150mm和f=190mm的透镜各做一遍，并比较实验值和真实值的差异，并分析其原因。1
4 四、仪器实物图及原理图 S P L M 1 2 3 4 5 6 * S L M 毛 玻 璃 5 0 1 9 0 P 1 9 0 1 0 图一 五、实验步骤 1、 把全部元件按图一的顺序摆放在导轨上，靠拢，调至共轴。而后拉开 一定的距离。可调成如图一所示的距离 2、 前后移动凸透镜 L，使在物像屏 P 上成一清晰的品字形像。 3、 调 M 的倾角，使 P 屏上的像与物重合。 4、 再前后微动透镜 L，使 P 屏上的像既清晰又与物同大小。 5、 分别记下 P 屏和透镜 L 的位置 a1、a2。 6、 把 P 屏和透镜 L 都转 180 度，重复做前四步。 7、 再记下 P 和 L 的新位置 b1、b2。 8、 分别把 f=150mm 和 f=190mm 的透镜各做一遍，并比较实验值和 真实值的差异，并分析其原因
9、老师可选择更多规格的透镜进行实验。（选做）六、数据处理f,=bz -bfa=az-ai被测透镜焦距：f=(f。+f.)/2实验二用位移法测薄凸透镜焦距f一、实验目的了解、掌握位移法测凸透镜焦距的原理及方法二、实验原理对凸透镜而言，当物和像屏间的距离L大于4倍焦距时，在它们之间移动透镜，则在屏上会出现两次清晰的像，一个为放大的像，一个为缩小的像。分别记下两次成像时透镜距物的距离O1、O2(e=O1-02)，距屏的距离01、O2'，根据光线的可逆性原理，这两个位置是“对称”的。即O1=02,02=01'则: L-e= 01 +02'=2 01=2 02O1=02' = (L - e)/ 2而O1'=L-O1=L-(L-e)/2=(L+e)/2把结果带入透镜的牛顿公式1/s+1/s'=1/f得到透镜的焦距为f=（L?-e")/4L5
5 9、 老师可选择更多规格的透镜进行实验。（选做） 六、数据处理 a2 a1 f a = − b2 b1 f b = − 被测透镜焦距： f = ( f a + f b )/ 2 实验二 用位移法测薄凸透镜焦距 f 一、实验目的 了解、掌握位移法测凸透镜焦距的原理及方法 二、实验原理 对凸透镜而言，当物和像屏间的距离 L 大于 4 倍焦距时，在它们之间移动透 镜，则在屏上会出现两次清晰的像，一个为放大的像，一个为缩小的像。分别记 下两次成像时透镜距物的距离 O1、O2(e=|O1-O2|)，距屏的距离 O1'、O2'，根据 光线的可逆性原理，这两个位置是“对称”的。 即 O1=O2'，O2=O1' 则：L－e= O1 ＋O2'＝２O1＝２O2' O1=O2'＝(L－e)/２ 而 O1'= L－O1＝L－(L－e)/２＝(L+e)/2 把结果带入透镜的牛顿公式 1/s+1/s'=1/f 得到透镜的焦距为 f (L e )/ 4L 2 2 = −
由此便可算得透镜的焦距，这个方法的优点是，把焦距的测量归结为对于可以精确测定的量L和e的测量，避免了在测量u和v时，由于估计透镜中心位置不准确所带来的误差。三、实验仪器2、带有毛玻璃的白炽灯光源S2、品字形物像屏P：SZ-143、凸透镜L：f=190mm(f=150mm)4、SZ-07二维调整架：SZ-135、白屏H：6、滑座：TH707、滑座：TH70YZ8、滑座：TH709、滑座：TH70四、仪器实物图及原理图口
6 由此便可算得透镜的焦距，这个方法的优点是，把焦距的测量归结为对于可 以精确测定的量 L 和 e 的测量，避免了在测量 u 和 v 时，由于估计透镜中心位 置不准确所带来的误差。 三、实验仪器 2、 带有毛玻璃的白炽灯光源 S 2、品字形物像屏 P：SZ-14 3、凸透镜 L： f=190mm(f=150mm) 4、二维调整架： SZ-07 5、白屏 H： SZ-13 6、滑座： TH70 7、滑座： TH70YZ 8、滑座： TH70 9、滑座： TH70 四、仪器实物图及原理图 H 4 5 L 2 3 P 1 S 6 7 9 8
L毛玻璃SH*50480300L毛玻璃sH*30048050图二五、实验步骤1、把全部器件按图二的顺序摆放在导轨上，靠拢后目测调至共轴，而后再使物屏P和像屏H之间的距离1大于4倍焦距。2、沿标尺前后移动L，使品字形物在像屏H上成一清晰的放大像，记下L的位置a1。3、再沿标尺向后移动L，使物再在像屏H上成一缩小像，记下L的位置a2。4.将P、L、H转180度，重复做前三步，又得到L的两个位置b1、b2。5、分别把f=150mm和f=190mm的透镜各做一遍，并比较实验值和真实值的差异并分析其原因。6.老师可选择更多规格的透镜进行实验。（选做）7
7 * S L 毛玻璃 H * S 毛玻璃 H L 50 300 480 50 4 80 3 00 P P 图二 五、实验步骤 1、 把全部器件按图二的顺序摆放在导轨上，靠拢后目测调至共轴，而后 再使物屏 P 和像屏 H 之间的距离 l 大于 4 倍焦距。 2、 沿标尺前后移动 L，使品字形物在像屏 H 上成一清晰的放大像，记 下 L 的位置 a1。 3、 再沿标尺向后移动 L，使物再在像屏 H 上成一缩小像，记下 L 的位 置 a2。 4、 将 P、L、H 转 180 度，重复做前三步，又得到 L 的两个位置 b1、 b2。 5、 分别把 f=150mm 和 f=190mm 的透镜各做一遍，并比较实验值和 真实值的差异并分析其原因。 6、 老师可选择更多规格的透镜进行实验。（选做）
六、数据处理ea=a -a2 er=b,-b2fa=(I-ea)/4l f, =(1? -e,)/4l透镜焦距：f=（fa+f)/2实验三自组望远镜一、实验目的了解望远镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的两种方法。二、实验原理最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图五所示。三、实验仪器1、带有毛玻璃的白炽灯光源S2、毫米尺FL=7mmSZ-073、二维调整架：80
8 六、数据处理 a1 a2 ea = − ， b1 b2 eb = − f l e l a ( a )/ 4 2 2 = − ， f l e l b ( b )/ 4 2 2 = − 透镜焦距： f = ( f a + f b )/ 2 实验三 自组望远镜 一、实验目的 了解望远镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的两 种方法。 二、实验原理 最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作 为目镜组合而成。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜 的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立 的实像再放大成一个正立的像，如图五所示。 三、实验仪器 1、带有毛玻璃的白炽灯光源 S 2、毫米尺 F L=7mm 3、二维调整架： SZ-07
fo=225mm4、物镜Lo：SZ-075、二维调整架：6、测微目镜Le：（去掉其物镜头的读数显微镜）SZ-387、读数显微镜架：8、滑座：TH709、TH70滑座：10、TH70滑座：11、滑座：TH7012、白屏：SZ-13四、仪器实物图及原理图三1011RLo毛孩鸡F30U1=4502=175VI=410图三五、实验步骤1.把全部器件按图四的顺序摆放在导轨上，靠拢后目测调至共轴。2、把F和Le的间距调至最大，沿导轨前后移动Lo，使一只眼睛通过9
9 4、物镜 Lo： fo=225mm 5、二维调整架： SZ-07 6、测微目镜 Le：（去掉其物镜头的读数显微镜） 7、读数显微镜架 : SZ-38 8、滑座： TH70 9、滑座： TH70 10、滑座： TH70 11、滑座： TH70 12、白屏： SZ-13 四、仪器实物图及原理图 图三 五、实验步骤 1、 把全部器件按图四的顺序摆放在导轨上，靠拢后目测调至共轴。 2、 把 F 和 Le 的间距调至最大，沿导轨前后移动 Lo，使一只眼睛通过
Le看到清晰的分划板F上的刻线。3、再用另一只眼睛直接看毫米尺F上的刻线，读出直接看到的F上的满量程28条线对应于通过望远镜所看到F上的刻线格数e。4、分别读出F、Lo、Le的位置a、b、d。5、拿掉Le，换上白屏H找到F通过Lo所成的像，读出H的位置C。六、数据处理:M-0'0o'A'B/U,A'B'U,+V +U,ABU,0AB/(U, +V+U,)X.4B_VABU,.:. M =V(U, +V +U,)/(U,×U,)望远镜的测量放大率：M=140/e望远镜的计算放大率：M=V(U,+V+U,)/(U,xU,）其中：U1=b-a，V1=c-b，U2=d-c，AB、A'B'如图四所示。实验四菲涅尔单缝衍射一、实验目的观察菲涅尔单缝衍射现象10
10 Le 看到清晰的分划板 F 上的刻线。 3、 再用另一只眼睛直接看毫米尺 F 上的刻线，读出直接看到的 F 上的 满量程 28 条线对应于通过望远镜所看到 F 上的刻线格数 e。 4、 分别读出 F、Lo、Le 的位置 a、b、d。 5、 拿掉 Le，换上白屏 H 找到 F 通过 Lo 所成的像，读出 H 的位置 c。 六、数据处理 ∵ ' M = 2 1 1 2 1 1 2 2 ' ' ' ' '/ /( ) A B U U V U A B AB U V U AB U + + = = + + 又∵ 1 1 A B' ' V AB U = ∴ 1 1 1 2 1 2 M V U V U U U = + + ( ) /( ) 望远镜的测量放大率： M=140/e 望远镜的计算放大率： 1 1 1 2 1 2 M V U V U U U = + + ( ) /( ) 其中：U1=b-a，V1=c-b，U2=d-c，AB、A'B'如图四所示。 实验四 菲涅尔单缝衍射 一、实验目的 观察菲涅尔单缝衍射现象