透镜焦距测定仪.doc

透镜焦距测定仪焦距是指透镜的主点到焦点的距离，是透镜的重要参数之一，透镜的成像位置及性质(大小、虚实)均与其有关。焦距测量的准确性取决于主点及焦点(或像点)的定位是否准确。本实验介绍了测量透镜焦距的多种方法，并比较各种方法的优缺点。一、实验原理在近轴条件下，薄透镜的成像公式为： (1)式中为像距，为物距，为(像方)焦距。1、粗测法：当物距趋向无穷大时，由(1)式可得：，即无穷远处的物体成像在透镜的焦平面上。用这种方法测得的结果一般只有1-2位有效数字，多用于挑选透镜时的粗略估计。2、自准直法如图1所示，在透镜L的一侧放置被光源照亮的物屏AB，在另一侧放置一块平面镜M。移动透镜的位置即可改变物距的大小。当物距等于透镜的焦距时，物屏AB上任一点发出的光，经透镜折射后成为平行光；再经平面镜反射，反射光经透镜折射后重新会聚。由透镜成像公式可知，会聚光线必在透镜的焦平面上成一个与原物大小相等的倒立的实像。此时，只需测出透镜到物屏的距离，便可得到透镜的焦距。该方法的测量主要是透镜与物屏之间距离的测量，其结果可以有三位有效数字。图1 图23、二次成像法(贝塞耳法)：若保持物屏与像屏之间的距离D不变且D4,沿光轴方向移动透镜，可以在像屏上观察到二次成像：一次成放大的倒立实像，一次成缩小的倒立实像。如图2所示。在二次成像时透镜移动的距离为L，则不难得到透镜的焦距为： (2)4、凹透镜焦距的测量上述三种方法要求物体经透镜后成实像，适于测量凸透镜的焦距，而不适于测量凹透镜的焦距。为了测量凹透镜的焦距，常用一个已知焦距的凸透镜与之组合成为透镜组，物体发出的光线通过凸透镜后会聚，再经凹透镜后成实像。如图3所示。若令(0) 为虚物的物距，为像距，则凹透镜的焦距为： (3)图3二、实验装置光具座是一根横截面为燕尾型的铝合金导轨，在它的一侧固定一把有刻度的刻度尺。在光具座上安放有滑块，用来安装各种调节架。按实验的需要可在调节架上安放各种光学元件(如透镜、光屏等)。在滑块的下部有一根刻线，通过刻线可读出滑块相对于光具座刻度尺的读数，即滑块的位置。三、实验内容1、必做内容：(1)粗测凸透镜的焦距。(2)用自准直测法测量凸透镜的焦距。(3)通过测量物距、像距求凸透镜的焦距。(4)用二次成像法测量凸透镜的焦距。说明：内容(2)(3)(4)需要重复多次测量。2、选做内容：利用测得的凸透镜的焦距值，测量凹透镜的焦距。四、思考题1、能否用上述方法测量厚透镜的焦距或透镜组的焦距？2、在自准直法测量凸透镜焦距时，如何判断物屏上所成的像是透镜的自准直像？3、在实验中应如何调节透镜，使主光轴与光具座刻度尺平行，并使物平面与主光轴垂直？4、设计一个利用自准直法测量凹透镜焦距的实验。五、实验数据例透镜焦距测量实验数据记录与处理：1、自准直法： 物(像)屏位置读数 凸透镜位置读数 47.80cm 39.70cm 39.60cm(转过1800)凸透镜焦距： f=47.80-(39.70+39.60)=8.15cm2、二次成像法(贝塞耳法)物屏位置读数S0=48.00cm，像屏位置读数P=9.68cm，则物屏与像屏距离D=|P-S0|=38.32cm。成大像时透镜位置d1/cm成小像时透镜位置d2/cm透镜移动距离L=|d1-d2|/cm透镜焦距f/cmf1=(D2-L2)/4D35.8535.8835.9035.8435.8235.9222.0822.1022.2221.9822.0222.2013.7713.7813.6813.8613.8013.728.3438.3418.3598.3278.3388.352凸透镜焦距： f1=(8.340.01) cm3、凹透镜焦距的测量光路图见图3。凸透镜L1位置读数23.30cm，成像位置读数10.53cm。插入凹透镜后(每次略改变位置)，凹透镜位置读数及成像处位置读数列于下表：凹透镜位置读数d1/cm位置读数d2/cm虚物物距S2=d1-10.53像距/cmS2=d1-d2凹透镜焦距f2=/cm16.5416.6416.7216.6816.7016.807.487.427.407.327.307.256.016.116.196.156.176.279.069.229.329.369.409.55-17.8-18.1-18.4-17.9-18.0-18.3凹透镜焦距：