透镜焦距的测定(预习报告).doc

透镜焦距的测定（预习报告）
实验目的
（1） 加深理解薄透镜的成像规律；
（2） 学习简单光路的分析和调节技术（主要是共轴调节和消视差）；
（3） 学习集中测量透镜焦距的方法。
实验原理
薄透镜成像规律：
在近轴光线（靠近光轴并且与光轴的夹角很小的光线）条件下，薄透镜的成像规律可以用下列透镜成像公式表示：
1/f=1/p+1/q β=y′/y=-q/p
式中各量的意义及它们的符号规则如下：p为物距，实物为正，虚物为负；q为像距，实像为正，虚像为负；f为焦距，凸透镜为正，凹透镜为负； y′和y分别为物的大小和像的大小，从光轴算起，光轴之上为正，之下为；β为像放大率。实验中，为尽可能满足近轴光线条件，常采取两个措施：①在透镜前加一光阑以挡住边缘光线。②调节各元件使之共轴。
消视差
光学实验中经常要测量像的位置和大小。要测准物体的大小，必须将量度标尺与被测物体紧贴在一起。光学实验中，被测物往往是看得见摸不着的像。此时可以利用“视差”来判断待测像与标尺是否紧贴。若待测像和标尺间有视差，说明它们没有贴紧，则应该稍稍调节像或标尺位置，直到它们之间无视差后方可进行测量。
共轴调节
光学实验中经常要用到一个或多个透镜成像。为了获得质量好的像，必须使各个透镜的主光轴重合（共轴），并使物体位于透镜的主光轴附近。此外透镜成像公式中的物距、像距等都是沿主光轴计算长度的，为了测量准确，必须使透镜的主光轴与带有刻度的导轨平行。为达到以上要求的调节成为共轴调解。方法如下：
1) 粗调，将光源、物和透镜靠拢，调节它们的取向和高低左右位置，凭眼睛观察，使它们的中心处在一条和导轨平行的直线上，使透镜的主光轴与导轨平行，并且使物（或物屏）和成像平面（或像屏）与导轨垂直。
2) 细调，这一步骤要靠其它仪器或成像规律来判断和调节，不同的装置可能有不同的具体调节方法。
若要调多个透镜共轴，则应按照顺序逐个增加待调透镜，调节它们使之共轴。
实验仪器
导轨、滑块、焦距仪、平行光管、测微目镜、物屏、像屏、凸透镜、凹透镜、平面镜等。
实验步骤
共轭法测凸透镜焦距
1) 手拿凸透镜，透过凸透镜看书上已放大的字，逐渐拉大透镜与书的距离直至刚好看不清书上的字。此时书与透镜的距离近似为透镜焦距f。
2) 将箭矢、凸透镜、像屏等装在滑块上，再放置到导轨上。取箭矢与透镜距离b略大于4f。
3) 调节箭矢中点与透镜共轴，并且应使透镜光轴尽量与光具座导轨平行。往返移动透镜并仔细观察，成像清晰时读数，重复做6次。最后取平均值。
焦距仪测凸透镜焦距
1) 凭眼睛观察粗调平行光管、待测透镜和测微目镜，使三者共轴，并使光轴与光具座导轨平行。
2) 平行调节待测透镜和测微目镜在导轨上的位置。使从测微目镜看过去，能看见清晰的像。关于测微目镜的调节和读数方法，参看有关仪器的说明书。
3) 从平行光管上读出物镜焦距f。选定玻罗板上的一对平行线的线距y，读出测微目镜中相应平行线的放大线距y′。
4) 为了减小误差，从目镜中看到的被测的一对平行线的像应为与视场中央，并且该被测像与活动分划板上的叉丝之间应无视差。测量时要注意消除测微目镜的空程。重复测量6次y′，取平均值。
5) 焦距仪的平行光管应调整到发出平行光且光轴与导轨平行。这些都已有实验室调整好，不要随意改动。
自准法测凹透镜焦距
1) 将物屏（画有箭矢）凸透镜L1（焦距f1）、凹透镜L2（焦距f2）、平面镜放置到导轨上。取物屏与凸透镜距离b略小于2f1。L2与L1的距离应小于f2。
2) 将箭矢上一点，与L1、L2调共轴。
3) 移动平面镜，使物屏上出现一倒立、同等大小的箭矢。记录凹透镜的位置O2与平面中虚像的位置F。重复测量3-6次，取平均值。
4) 将凹透镜转180°后重复测量。
薄凸透镜成像规律的研究
1) 粗测凸透镜焦距。
2) 将凸透镜L1、待测凸透镜、物、像屏放置到导轨上。调节共轴。
3) 利用凸透镜L1将屏上的箭矢形成实像，记下物的位置O1,再使其作为凸透镜的虚物。分别取p在-f～0,-2f～-f,<-2f，虚像用眼睛直接观察。透镜的位置O0,像的位置O2。物的大小y,像的大小y′。
4) 取掉凸透镜L1。
5) 分别将物距调在0～f,f～2f,>2f上，移动像屏使像屏上有清晰的像，虚像用眼睛直接观察。记下物的位置O1,透镜的位置O0,像的位置O2。物的大小y,像的大小y′。
薄凹透镜成像规律的研究
1) 粗测凹透镜焦距。
2) 将凸透镜L1、凹透镜L2、物、像屏放置到导轨上。调节共轴。
3) 利用凸透镜L1将屏上的箭矢形成实像，记下物的位置O1,再使其作为凹透镜的虚物。分别取p在-f～0,-2f～-f,<-2f，虚像用眼睛直接观察。移动像屏使像屏上有清晰的像。记下透镜的位置,像的位置O2。物的大小y,像的大小y′。
4) 取掉凸透镜L1。
5) 分别将物距调在0～f,f～2f,>2f上，分别取p在-f～0,-2f～-f,<-2f记下物的位置O1,透镜的位置O0,像的位置O2。物的大小y,像的大小y′。

实验数据记录表格
共轭法测凸透镜焦距 物屏位置P= cm; 像屏位置P= cm;
测量序号
1
2
3
4
5
6
凸透镜位置O1/cm

凹透镜位置O2/cm

a=|O1-O2|/cm

焦距仪测凸透镜焦距
平行光管物镜焦距f= mm; 选定玻罗板上的一对平行线的线距y= mm;
测量序号
1
2
3
4
5
6
y1′/mm

y2′/mm

y′=|y1′-y2′|/mm

自准法测凹透镜焦距
物屏位置= cm; 凸透镜的位置O1 cm;
测量序号
1
2
3
4
5
6
凹透镜位置O2′/cm

凹透镜位置O2′′/cm

O2=(O2′+O2′′)/2/cm

虚物位置F/cm

薄凸透镜成像规律的研究
L1的焦距f1= cm; L2的焦距f2= cm;
箭矢的位置/cm
L1的位置01/cm
L2的位置02/cm
虚物的位置/cm
像的位置/cm
虚物的大小/cm
像的大小/cm

物的位置/cm
凸透镜的位置/cm
像的位置/cm

薄凹透镜成像规律的研究
L1的焦距f1= cm; L2的焦距f2= cm;
箭矢的位置/cm
L1的位置01/cm
L2的位置02/cm
虚物的位置/cm
像的位置/cm
虚物的大小/cm
像的大小/cm

物的位置/cm
凹透镜的位置/cm
像的位置/cm