薄透鏡焦距的測量試驗報告

1、課程名稱:南昌大學(xué)物理實驗報告大學(xué)物理實驗實驗名稱:透鏡焦距測量與光學(xué)設(shè)計學(xué)院:信息工程學(xué)院 專業(yè)班級:電子信息工程152班學(xué)生姓名：學(xué)號：實驗地點： 609 座位號，叵號實驗時間:第1周星期三下午15.45點開始一、實驗綜述1、實驗?zāi)康募耙螅?）了解對簡單光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行共軸調(diào)節(jié)（2）學(xué)會用H準(zhǔn)直法測量薄凸透鏡的焦距（3）學(xué)會用位移法測量薄凸透鏡的焦距（4）學(xué)會用物距像距法測量薄凸透鏡的焦距（5）學(xué)會用物距像距法測凹透鏡的焦距2、實驗儀器、設(shè)備或軟件光具座，凸透鏡，凹透鏡，光源，物屏，平面反射鏡，水平尺和濾光片等二、實驗過程（實驗步驟、記錄、數(shù)據(jù)、分析）（1）觀測依據(jù)1 .白準(zhǔn)直法測薄凸透鏡的

2、焦距根據(jù)焦平面的定義，用右圖所示的光路，可方便地測出凸透鏡的焦距f = |xi -xo |2 .物距像距法測凸透鏡焦距 在傍軸光線成像的情況下，成像規(guī)律滿足高斯公式1 1 1- UV= 1I = f U VU+V(x0<xL<x1)如圖所示，式中U和V分別為物距和像距， f為凸透鏡焦距，對f求解，并以坐標(biāo)代入則有Xo和XL取值不變（取整數(shù)），X,取一組測量平均值。3 .位移法測透鏡焦距（亦稱共輾法、二次成像法）如右圖所示，當(dāng)物像間距D大于4倍焦距 即D4f時，透鏡在兩個位置上均能對給定物成 理想像于給定的像平面上。兩次應(yīng)用高斯公式并以 幾何關(guān)系和坐標(biāo)代入，則得到干 _D?_d? _

3、（_t）2_（另一9）24D4在-、|治和、取值不變（取整數(shù)），Xu和XL2各取一組測量平均值。4.用物距像距法測凹透鏡的焦距L1B2在上圖中：L1為凸透鏡，L2為凹透鏡，凹透鏡坐標(biāo)位置為X- F1為凸透鏡的焦點，F(xiàn)2 為凹透鏡的焦點，AB為光源，A1B1為沒有放置叫透鏡時由凸透鏡聚焦成的實像，同時也是 放置凹透鏡后凹透鏡的虛物，坐標(biāo)位置為X。，A2B2為凹透鏡所成的實像，坐標(biāo)位置為Xi。對凹透鏡成像，虛物距u=XlX。，應(yīng)取負(fù)值（xl<x。）；實像距v=XXl為正值（xl<xD：則凹 透鏡焦距f2為：f,=上工=（為一t）0 為）<0（凹透鏡焦距為負(fù)值!）- u + v （

4、Xt-xo）XL取值不變，Xo和&各取一組測量平均值。（2）實驗步驟：1 .自準(zhǔn)直法測凸透鏡焦距如圖1布置光路，調(diào)透鏡的位置，高低左右等，使其對物成與物同樣大小的實像于物的 下方，記下物屏和透鏡的位置坐標(biāo)xo和xl。2 .物距像距法測凸透鏡焦距如圖2布置光路，固定物和透鏡的位置，使它們之間的距離約為焦距的2倍；移動像屏 使成像清嘶：調(diào)透鏡的高度，使物和像的中點等高：左右調(diào)節(jié)透鏡和物屏，使物與像中點連 線與光具座的軸線平行：用左右逼近法確定成理想像時，讀像屏的坐標(biāo)。重災(zāi)測量5次。3 .用位移法進(jìn)行共軸調(diào)節(jié)參照圖3布置光路，放置物屏和像屏，使其間距D4f ,移動透鏡并對它進(jìn)行高低、左右調(diào)節(jié)

5、，使兩次所成的像的頂部（或底部）之中心重合，需反兔進(jìn)行數(shù)次調(diào)節(jié)，方能達(dá) 到共軸要求。4 .位移法測焦距在共軸調(diào)節(jié)完成之后，保持物屏和像屏的位置不變，并記下它們的坐標(biāo)xo和討,移 動透鏡，用左右逼近法確定透鏡的兩次理想位置坐標(biāo)xLi和xL2 o測量5次。5 .用物距像距法測量凹透鏡的焦距，要求測三次。6 .組裝顯微鏡并測其放大率。數(shù)據(jù)記錄和處理1 .自準(zhǔn)直法物和像的位置坐標(biāo)Xo(nim)134.00透鏡的位置坐標(biāo)xL(min)113.60根據(jù)公式：f =閑-xo |=1952 .物距像距法4的測量平均值為_物坐標(biāo) Xo =134.00 min透鏡坐標(biāo) xT = 125.20 mm118.20 m

6、m測量結(jié)果用不確定度表示,上式中，4, Xl，不是直接測量量，f是間接測量量，介成不確定度傳遞公式為:溝 一 % 一 fRxJ比=（溝一%）仁 一 ）一（天一十）（元一%）電區(qū)一工。）2 直接測鼠顯:. xL. X的合成不確定度、O、和計算如卜.: 因為與和xL都只測量了一次，只有非統(tǒng)計不確定度，即、=O= 儀/6=0.58片是多次測量量，其統(tǒng)計A類不確定度為Z&-燈k(k-l)=0.23（測量次數(shù)k為5次）非統(tǒng)計B類不確定度為= 儀/=0.58式中的A儀是光具座上米尺的儀器誤差。這里說明一點，在分析殉、和xj.的非統(tǒng)計不確定度時，除了儀器誤差引起的不確定度外，為筒單起見，我們把儀器誤

7、差取為A儀=lnuii (按規(guī)定米尺應(yīng)為0.5mm)就不再計算讀數(shù)引起的不確定度了。%的合成不確定度為：%=唐 + (=0.62這樣計算出來的焦距f不確定度的置信概率為68.3%。根據(jù)公式計算出=1.65所以用不確定值表示為：f=195. 17+1. 65(mm)3,共挽法測量薄凸透鏡的焦距物坐標(biāo) Xq = 134.00(mm)像坐標(biāo) .=101.40(mm)數(shù)據(jù)處理只要計算出凹透鏡焦距f的平均值就可以了。根據(jù)公式得f的平均值為：f -二一 _(%-%)、&一萬1 - -二1111114D 4粗一段|4.用物距像距法測凹透鏡的焦距凹透鏡L2坐標(biāo)xl =134.00 (mm)數(shù)據(jù)處理只要

8、計算出凹透鏡焦距f的平均值就可以了。根據(jù)公式得：c uv (X1-XO)(X-X1)- u + v (-Xo)三、結(jié)論1、實驗結(jié)果(1)用自準(zhǔn)值法測得凸透鏡的焦距為：(2)物距像距法測得凸透鏡的焦距為：用不確定值表示為：f= (mm)(3)位移法測量薄凸透鏡的焦距為：(4)用物距像距法測凹透鏡的焦距為：2、分析討論在實驗中應(yīng)注意：物屏應(yīng)緊靠光源。(2)自準(zhǔn)直法測焦距時，平面反射鏡距物屏最好不要超過35厘米。(3)用位移法測焦距時，大、小像不要相差太懸殊。(4)在讀數(shù)時應(yīng)注意數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以及應(yīng)該選取像為最清晰時記錄數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù):. r/ a -o 0、o J"YR濫 JMs乙,夕力Go、0g氣