测量薄透镜的焦距.docx

实验：测量薄透镜的焦距
实验人：1400012015 郭伟杰
实验时间：2016/3/16

一、 实验目的：
1、 了解光学实验入门知识要求
2、 掌握测量薄透镜焦距的基本方法

二、 仪器用具：
光学导轨、滑块、凹透镜、凸透镜、屏板、平面反射镜、光源、物

三、 实验原理：
薄透镜的厚度比球面曲率半径小得多，所以两个主平面与透镜中心面可看作重合的，因此物距p、像距p’、焦距f，可视为物、像、焦点与透镜中心的距离。
1、 薄凸透镜焦距的测定
⑴物像距法：利用透镜成像公式1p+1p'=1f来求焦距。
⑵位移法：放凸透镜L于物与屏之间，移动透镜，能在两个位置于屏上得到倒立实像，一个为放大的像，一个为缩小的像，这两个位置是对称的，可以利用公式
f=A2-L24A

L

⑶自准直法：也叫平面镜法，若物体正好位于透镜的前焦面处，物体上各点发出的光经过透镜后，变成不同方向的平行光，经反射镜反射，反射光经过透镜成一倒立的与原物体等大的实像，像成于前焦平面，此时物与透镜之间的距离就是透镜的焦距f。

2、薄凹透镜焦距的测定
在测定凹透镜焦距时，要借助凸透镜，凸透镜将物成一实像作为凹透镜的虚物，凹透镜将虚物的像成于屏板上为一实像。通过测量虚物的位置、凹透镜的位置、实像的位置，通过公式1p+1p'=1f即可求得凹透镜的焦距。

四、 实验内容
㈠测凸透镜焦距
1、 位移法测凸透镜的焦距
⑴以日光灯为物，粗测焦距
⑵把有关光学元件放在光学平台或导轨上，物体离光源宜近，二者等高。
⑶调共轴
⑷测A和l各3次。测量时，可以从两个相反方向移动透镜，注意像清晰度的改变，记取中间读数。
⑸依据所记录数据，计算各焦距值，求其平均值。
2、 用自准直法测透镜焦距
按照光路图进行测量，将测量值与位移法测量值作比较

㈡测凹透镜焦距
1、 物像距法测凹透镜焦距
⑴使物经凸透镜成一小像。
⑵记下此时凸透镜成的像的位置zD
⑶在凸透镜与成像面之间离屏较近的地方插入待测凹透镜，调凹透镜与其它光学元件共轴，移动屏板至形成清晰的像，记录凹透镜的位置zO和屏的位置zD',算出p和p’，求f
2、 自准直法测凹透镜焦距
实验光路图如下：

⑴物体经凸透镜成一小像，记录此时屏板所在位置
⑵在凸透镜与屏板之间放入凹透镜，拿掉屏板，放入平面反射镜
⑶调整凹透镜与平面反射镜位置，使在物体处成与物体等大的实像。记录此时凹透镜位置
⑷根据公式f=-z像-z凹透镜计算凹透镜焦距

五、 实验数据与结果
1、位移法测凸透镜焦距
表一 位移法测凸透镜焦距
次数
物x1
屏x2
A=x1-x2
大像x3
小像x4
L=x3-x4
f=A2-l24A
1
13.00
74.00
61.00
38.09
48.20
10.11
14.83
2
16.00
77.35
61.35
40.92
51.14
10.22
14.91
3
6.40
73.54
67.14
28.22
50.70
22.48
14.90
4
24.49
97.90
73.41
45.31
77.03
31.72
14.92
平均值f=14.89

2.自准直法测凸透镜焦距
物体：6.31
凸透镜：21.20
f=21.20-6.31=14.89
自准直法所得f与位移法测得的凸透镜焦距相等。

3、 物像距法测凹透镜焦距
表二 物像距法测凹透镜焦距
次数
虚物zD
凹透镜zO
实像zD'
P=-ZD-Z0
P'=-ZD'-Z0
f
1
77.50
68.25
91.41
-9.25
23.16
-15.40
2
100.79
93.54
106.12
-7.25
12.58
-17.11
3
77.58
65.10
126.39
-12.48
61.29
-15.67
4
76.80
66.75
91.89
-10.05
25.14
-16.74
5
75.29
65.00
94.50
-10.29
29.50
-15.80
平均f=-16.14
4、 自准直法测凹透镜焦距
虚物：69.55
凹透镜：54.20
f=-（69.55-54.20）=-15.35

六、 实验结果分析与讨论
1、 经过以上结果对比，可以发现，用位移法测出的凸透镜的焦距与用自准直法测得的凸透镜的焦距基本相等，但是用物像距法测出的凹透镜的焦距与用自准直法测得的凹透镜的焦距相差比较多，而且单看物像距法中五组数据求得的f也有一定偏差，这与凹透镜的发散光线，以及对虚物成实像的判断准确度下降有关，本次实验中所采取的方法是多次测量求平均值的方法以减少误差。
2、 本次实验中，误差最大的地方就是人眼对于像是否清晰的判断，实验中为了减少这种误差，在测量中采用的是从两个方向移动向中间移动透镜，这样看到的像是从不清晰到清晰的过程，比较容易判断清晰像出现的位置。
3、 在用自准直法测量凸透镜及凹透镜焦距时，没有像位移法及物像距法一样做多组数据取平均值，如果能多测量几组数据，这几种方法所得到的焦距的值应该更相近一些。
4、
七、 思考题
1、 做光学实验为什么要调节共轴？
光学实验中，共轴调好了，可使光线为傍轴光线，减少像差；否则会造成像的质量降低，甚至光路不通，无法进行实验。
2、 用位移法测透镜焦距时，为什么A要大于透镜焦距的4倍？此法测焦距有何优点？
因为A大于透镜焦距4倍时保证凸透镜能够在移动中产生两个可成像位置的必要条件；用位移法测量凸透镜焦距测得的焦距值更准确可信，因为位移法所采用的是透镜位置的相对移动，可以避免物像距法的测量误差。
3、 用眼睛直接看实像能看见吗？为什么人们喜欢用毛玻璃屏或白幕看实像？
可以用眼睛直接观察到实像，用白幕观察是因为可以将实像投射到载体上，利用漫反射更容易观察，根据像清晰与否可以确定像的位置。