测节点位置及透镜组焦距.doc

实验七 测节点位置及透镜组焦距 (测量实验)
一、实验目的
了解透镜组节点的特性，掌握测透镜组节点的方法。
二、实验原理
光学仪器中的共轴球面系统、厚透镜、透镜组，常把它作为一个整体来研究。这时可以用三对特殊的点和三对面来表征系统在成像上的性质。若已知这三对点和三对面的位置，则可用简单的高斯公式和牛顿公式来研究起成像规律。共轴球面系统的这三对基点和基面是：主焦点（F，F'）和主焦面，主点（H，H'）和主平面，节点（N，N'）和节平面。如附图1，

附图1

附图2
实际使用的共轴球面系统——透镜组，多数情况下透镜组两边的介质都是空气，根据几何光学的理论，当物空间和像空间介质折射率相同时，透镜组的两个节点分别与两个主点重合，在这种情况下，主点兼有节点的性质，透镜组的成像规律只用两对基点（焦点，主点）和基面（焦面，主面）就完全可以确定了。
根据节点定义，一束平行光从透镜组左方入射，如附图2，光束中的光线经透镜组后的出射方向，一般和入射方向不平行，但其中有一根特殊的光线，即经过第一节点N的光线PN，折射后必须通过第二节点N'且出射光线N'Q平行与原入射光线PN。
设NQ与透镜组的第二焦平面相交于F''点。由焦平面的定义可知，PN方向的平行光束经透镜组会聚于F''点。
若入射的平行光的方向PN与透镜组光轴平行时，F''点将与透镜组的主焦点F'重合，如附图3

附图3
综上所述节点应具有下列性质：当平行光入射透镜组时，如果绕透镜组的第二节点N'微微转过一个小角，则平行光经透镜组后的会聚点F'在屏上的位置将不横移，只是变得稍模糊一点儿，这是因为转动透镜组后入射于节点N的光线并没有改变原来入射的平行光的方向，因而NQ的方向也不改变，又因为透镜组是绕N'点转动，N点不动，所以 N'Q线也不移动，而像点始终在N'Q线上，故F''点不会有横向移动，至于NF''的长度，当然会随着透镜组的转动有很小的变化，所以F''点前后稍有移动，屏上的像会稍有模糊一点。反之，如果透镜组绕N'点以外的点转动，则F''点会有横向移动，利用节点的这一特性构成了下面的测量方法。
使用一个能够转动的导轨，导轨侧面装有刻度尺，这个装置就是节点架。把透镜组装在可以旋转的节点架导轨的上，节点架前是一束平行光，平行光射向透镜组。接着将透镜组在节点架上前后移动，同时使架做微小的转动。两个动作配合进行，直到能得到清晰的像，且不发生横移为止。这时转动轴必通过透镜组的像方节点N'，它的位置就被确定了。并且当N'与H'重合时，从转动轴到屏的距离为N' F'，即为透镜组的像方焦距f’。把透镜组转180度，使光线由L2进入，由L1射出。利用同样的方法可测出物方节点N的位置。
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源S
2、1/10mm分划板F1
3、二维调整架： SZ-07
4、物镜Lo： fo=190mm
5、二维调整架： SZ-07
6、透镜组L1、L2： f1=220mm，f2=300mm
7、节点架： SZ-25
8、微测目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）
9、读数显微镜架 : SZ-38
10、三维底座： SZ-01
11、一维底座： SZ-03
12、一维底座： SZ-03
13、一维底座： SZ-03
14、通用底座： SZ-04
15、白屏： SZ-13

四、仪器实物图及原理图

图七
五、实验步骤
1、 调节由F，Lo组成的“平行光管”使其出平行光，可借助于对无穷远调焦的望远镜来实现。
2、 将“平行光管”、待测透镜组、测微目镜，按图七的顺序摆放在平台上，目测调至共轴。
3、 前后移动测微目镜，使之能看清F处分划板刻线的像。
4、 沿节点调节架导轨前后移动透镜组，（同时也要相应地移动测微目镜），直至转动平台时，F处分划板刻线的像无横向移动为止，此时像方节点N落在节点调节架的转轴上。
5、 用白色屏H代替测微目镜，使分划板刻线的像清晰的成于白色屏上，分别记下屏和节点调节架在标尺导轨上的位置a、b，再在节点调节架的导轨上记下透镜组的中心位置（用一条刻线标记）与调节架转轴中心（0刻线的位置）的偏移量d。
6、 把节点调节架转180度，使入射方向和出射方向相互颠倒，重复3、4、5步，从而得到另一组数据a’、b’、d’。
六、数据处理
1、像方节点N偏离透镜组中心的距离为：d
透镜组的像方焦距：f’=a-b
物方节点N偏离透镜组中心的距离为：d’
透镜组的物方焦距为：f=a’-b’
2、用1：1的比例画出该透镜组及它的各个节点的相对位置。
七、实验报告要求
根据实验测试进行记录和数据处理，并分析实验现象。