透鏡焦距的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電子科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：科技實(shí)驗(yàn)大樓104室實(shí)驗(yàn)時(shí)間:一、實(shí)驗(yàn)室名稱：透鏡焦距的測(cè)定二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：透鏡焦距的測(cè)定三、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)四、實(shí)驗(yàn)原理：1 .測(cè)凸透鏡的焦距(1)自準(zhǔn)直法如圖1所示，用屏上“1”字矢孔屏作為發(fā)光物。在凸透鏡的另一邊放置一平面反射 鏡，光線通過(guò)凸透鏡后經(jīng)平面反射鏡返回孔屏上。移動(dòng)透鏡位置可以改變物距的大小，當(dāng) 物距正好是透鏡的焦距時(shí)，物上任意一點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)透鏡折射后成為平行光，經(jīng)平面鏡 反射后，再經(jīng)透鏡折射回到矢孔屏上。這時(shí)在矢孔屏上看到一個(gè)與原物大小相等的倒立實(shí) 像。這時(shí)物屏到凸透鏡光心的距離即為此凸透鏡的焦距。(2)物距像距法

2、如圖2所示，用屏上“1”字矢孔作為發(fā)光物，經(jīng)過(guò)凸透鏡折射后成像在另一側(cè)的觀 察屏上。在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得物距u和像距v,則凸透鏡的焦距為用自準(zhǔn)直法和物距像距法測(cè)凸透鏡焦距時(shí)，都必須考慮如何確定光心的位置。光線從各個(gè)方向通過(guò)凸透鏡中的一點(diǎn)而不改變方向，這點(diǎn)就是該凸透鏡的光心。凸透鏡的光心一 般與它的幾何中心不重合，因而光心的位置不易確定，所以上述兩種方法用來(lái)測(cè)定凸透鏡 焦距是不夠準(zhǔn)確的，誤差約為1.0%5.0% 。圖1自準(zhǔn)直法測(cè)焦距圖2 物距像距法測(cè)焦距（3）位移法如圖3所示，若取光矢孔物屏與觀察屏之間的距離 D a4f，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持不變時(shí)，移動(dòng)透鏡L,當(dāng)它距離物為u時(shí)，觀察屏上得到一個(gè)放大的清晰的

3、像； 當(dāng)它距離物為U時(shí), 觀察屏上得到一個(gè)縮小的清晰的像。根據(jù)幾何關(guān)系和光的可逆性原理，得代入式（3-20-2 ）得圖3 位移法測(cè)焦距從上式可知，只要測(cè)得物屏與觀察屏之間的距離 D和兩次成像透鏡之間的距離d,即可求 出凸透鏡的焦距f。這種方法把焦距的測(cè)量歸結(jié)于對(duì)可以精確測(cè)定的量 D和d的測(cè)量，避 免了確定凸透鏡光心位置不準(zhǔn)帶來(lái)的困難。五、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)凸薄透鏡焦距。六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1 .共軸調(diào)節(jié)。2 .用自準(zhǔn)直法測(cè)凸透鏡的焦距。3 .用物距像距法測(cè)凸透鏡的焦距。4 .用位移法測(cè)凸透鏡的焦距。七、實(shí)驗(yàn)器材（設(shè)備、元器件）：光具座，光源，透鏡架，1字矢孔屏，觀察屏，凸透鏡，凹透鏡;八、實(shí)驗(yàn)步驟:1 .

4、共軸調(diào)節(jié)參照?qǐng)D3布置光路，放置物屏和像屏，使其間距D >4 f ,移動(dòng)透鏡并對(duì)它進(jìn)行高低、左右調(diào)節(jié)，使兩次所成的像的頂部(或底部)之中心重合，需反復(fù)進(jìn)行數(shù)次調(diào)節(jié)，方能達(dá)到要求。2 .自準(zhǔn)直法測(cè)焦距如圖1布置光路，調(diào)透鏡的位置，高低左右等，使其對(duì)物成與物同樣大小的實(shí)像于物的下方，記下物屏和透鏡的位置坐標(biāo)x0和xL3 .物距一一像距法測(cè)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(dòng)像屏使成像清晰，調(diào)透鏡的高度，使物和像的中點(diǎn)等高，左右調(diào)節(jié)透鏡和物屏，使物與像中點(diǎn) 連線與光具座的軸線平行，用左右逼近法確定成理想像時(shí)，讀像屏的坐標(biāo)，重復(fù)測(cè)量5次。4 .位移法測(cè)焦距在

5、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)X0和為，移動(dòng)透鏡，用左右逼近法確定透鏡的兩次理想位置坐標(biāo) xL1和XL2,測(cè)量5次。九、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：1 .自準(zhǔn)直法物(像)位置坐標(biāo)x0 (mm )350.0透鏡的位置坐標(biāo)xL (mm)544.02.物距一一像距法mm物坐標(biāo)xo= 350.0 mm 透鏡坐標(biāo)xl= 686.0測(cè)量次數(shù)像屏位置12345左逼近讀數(shù)xj (mm )1131.01128.01140.01136.01133.6右逼近讀數(shù)x(mm )1124.81125.01131.01128.01129.81 .,，* /、xi =2(x, +x。 (mm )1127

6、.91126.51135.51132.01131.7測(cè)量結(jié)果用不確定度表示：上式中，完成不確定度 Cx0、仃 xL 和tTxi計(jì)算如下：因?yàn)閄。和都只測(cè)量了一次，只有非統(tǒng)計(jì)不確定度，即Xi是多次測(cè)量，其統(tǒng)計(jì)不確定度為非統(tǒng)計(jì)不確定度為Xi的合成不確定度為3.位移法按下表記錄數(shù)據(jù):測(cè)量次數(shù)透鏡第一位置透鏡第二位置x：1 (mm )(左逼近)xL1 (mm )(右逼近)xL2 (mm)(左逼近)xL2 (mm)(右逼近)1630.0624.2627.1968.2964.2966.2物坐標(biāo)x0 (mm )350.0像坐標(biāo)xi (mm )1250.0十、實(shí)驗(yàn)結(jié)論:測(cè)出了凸透鏡的焦距。卜一、總結(jié)及心得體會(huì):只有當(dāng)各光學(xué)元件，如光源、發(fā)光物（矢孔屏）、透鏡等的主光軸重合時(shí)，薄透鏡成像公式在近軸光線的條件下才能成立。習(xí)慣上