物理實(shí)驗(yàn)A1透鏡焦距地測量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、WORD格式透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告清華大學(xué)透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)完整報(bào)告班級姓名學(xué)號結(jié)稿日期：1專業(yè)資料整理透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.加深理解薄透鏡的成像規(guī)律；2.學(xué)習(xí)簡單光路的分析和調(diào)節(jié)技術(shù)（主要是共軸調(diào)節(jié)和消視差）；3.學(xué)習(xí)幾種測量透鏡焦距的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1.薄透鏡成像規(guī)律：薄透鏡是指中央厚度d比透鏡焦距f小很多的透鏡。分為凹透鏡和凸透鏡。在近軸光線條件下，薄透鏡的成像規(guī)律為：111fpqy'qyp式中，為線放大率，其余各個(gè)物理量正負(fù)作如下規(guī)定：物理量符號正負(fù)物距p實(shí)物虛物像距q實(shí)物虛物焦距f凸透鏡凹透鏡物的大小y光軸之上光

2、軸之下像的大小光軸之上光軸之下y'本實(shí)驗(yàn)中采用薄透鏡，因此p和q都是從光心算起。在本實(shí)驗(yàn)中，為了盡可能滿足近軸條件，常采取兩個(gè)措施：(1)在透鏡前加一光闌以擋住邊緣光線；(2)調(diào)節(jié)各元器件使之共軸。以凸透鏡為例，薄透鏡成像規(guī)律如圖1所示。2透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告圖1凸透鏡成像規(guī)律2.共軛法測凸透鏡的焦距原理：如圖2，使得物與屏距離b4f并保持不變，令O和O間的距離為a,物到像的距離為12b，則根據(jù)共軛關(guān)系，有p1q2和p2q1。進(jìn)而推得：f22ba4b測量出a和b即可求得焦距f。圖2共軛法測量凸透鏡焦距3.焦距儀測凸透鏡焦距原理：如下圖3，由幾何關(guān)系，知：tan0yf，tany

3、'fx且tantan0，所以，y'ffxy。式中f為平行光管武警的焦距，為給出值。y'為用測微目鏡測得的同一對平行線的像的距3透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告離，f為待測凸透鏡的焦距。x圖3焦距儀光路圖4.自準(zhǔn)法測凹透鏡焦距原理：如圖4，物屏上的箭矢AB經(jīng)過凸透鏡L1后成實(shí)像A'B'，圖中O1F1f1為L1的焦距?，F(xiàn)將待測凹透鏡L置于L1與A'B'之間，此時(shí)A'B'成為L2的虛物。若虛物A'B'正好在L22的焦平面上，則從L出射的光將是平行光。若在L2后面垂直于光軸放置一個(gè)平面鏡，則該2平行光經(jīng)反射并依次通過

4、L和2L，最后必然在物屏上成實(shí)像A"B"。這時(shí)，分別測出1L的2位置O2及虛物A'B'的位置F，則O2F就是待測凹透鏡的焦距f。圖4自準(zhǔn)法測量凹透鏡焦距光路圖5.薄凹透鏡成像規(guī)律的研究為了使得從凹透鏡出射的光線匯聚并成實(shí)像，應(yīng)當(dāng)使用虛物。因此，如下圖5，先用凸透鏡成實(shí)像，再在實(shí)像和凸透鏡之間插入凹透鏡，左右移動(dòng)光屏，找到清晰的實(shí)像。4透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告圖5薄凹透鏡成像規(guī)律（0pf）光路圖三、實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器有：導(dǎo)軌，滑塊，焦距儀（平行光管，測微目鏡），物屏，像屏，凸透鏡，凹透鏡，平面鏡等。四、數(shù)據(jù)記錄和處理從待測凸透鏡處通過同時(shí)等速地移動(dòng)

5、物屏和像屏直至成清晰的和物體等大的實(shí)像為止，粗測得2f31.00cm，所以粗略估計(jì)待測凸透鏡的焦距為f15.50cm。1.共軛法測凸透鏡焦距物屏位置P100.00cm；像屏位置Q37.00cm測量序號123456凸透鏡位置Ocm172.7972.6072.7572.8572.8972.70凸透鏡位置Ocm264.7964.9564.8164.7064.8164.75aOOcm8.007.657.948.158.087.9521計(jì)算得：a7.961666667cm,b63.00cm；22baf15.49856508cm4b。實(shí)驗(yàn)室給出的不確定度：a0.25cm和b0.20cm，則，22lnfln

6、baln4blnf2b1lnf2a,2222bbababa5透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告f22lnflnfbafba222b12aa22b22babba22263.00127.9616666670.250.20222263.007.96166666763.0063.007.96166666733.43247519210ffffcm0.05319844015ffcmf15.500.05cm2.焦距儀法測凸透鏡焦距參看平行管上注明的參數(shù)得，平行管物鏡距離f550.000mm；玻羅板上所選的某一對平行線的線距y20.000mm。測量序號123456y1'mm3.3493.3673.3393

7、.3823.3323.369y2'mm8.9808.9918.9708.9858.9498.985y'y'y'mm5.6315.6245.6315.6035.6175.61612計(jì)算得：y'5.620333333mm；y'ff154.5591667cmxy。已知測微目鏡儀器誤差為0.004mm,因而測一對平行線的距離的20.004Bmm，則，20.004mmy'B0yf2222fy'yfy'y'xfyfxyyy'''20.0045.6203333331.006497998103f3xf1.0

8、0649799810154.55916670.1555634919cmfxxfxf154.560.16cmx6透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告3.自準(zhǔn)法測凹透鏡焦距物屏位置（即箭矢AB位置）P101.00cm；凸透鏡位置O170.40cm;測量序號123456凹透鏡位置O2'cm61.0261.1061.1661.0561.2061.3061.3061.5061.4661.6061.6061.90凹透鏡位置O2"cmO'O"22Ocm61.1661.3061.3161.32561.4061.602239.2939.3639.3039.2639.2439.20虛

9、物位置Fcm計(jì)算得：fFO222.07416667cm。已知光具座讀數(shù)誤差為0.05cm，則，666FO'O"i22O'O"22i1i1i1fF2626222666fFO'O"i22i1i1i12180.050.2121320344cmf22.070.21cm4.薄凹透鏡成像規(guī)律研究本次試驗(yàn)研究的是0pf時(shí)的.薄凹透鏡成像規(guī)律。箭矢AB屏的位置106.20cm；L的位置O183.61cm，焦距為f115.46cm；1L的位置O243.24cm，焦距為f222.07cm；2AB的位置P36.19cm，A"B"的位置Q32.

10、88cm；''物距p7.05cm，（為虛物）；像距q10.36cm，（為實(shí)像）。由觀察得到結(jié)論：當(dāng)0pf時(shí)凹透鏡成正立放大的實(shí)像。六、思考題1.為什么要調(diào)節(jié)共軸？調(diào)節(jié)共軸的主要步驟如何？怎么判斷物上的某一點(diǎn)已經(jīng)調(diào)至透鏡的7透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告光軸上了？依據(jù)的原理是什么？答：因?yàn)槿绻还草S，（1）實(shí)驗(yàn)中做的近軸光線假設(shè)不滿足；（2）有可能導(dǎo)致像不成在像屏上或者無法成在像屏上，不方便于像的大小比較；（3）不能用坐標(biāo)計(jì)算直接得到物距，像距，計(jì)算過程變得復(fù)雜；（4）成像質(zhì)量不是最好。調(diào)節(jié)共軸的主要步驟：（1）目測粗調(diào)使得幾個(gè)器件的中心大致重合；（2）借助其他儀器或者成像規(guī)律細(xì)

11、調(diào)。如果固定凸透鏡位置，水平移動(dòng)凸透鏡，成兩個(gè)像，該點(diǎn)的兩個(gè)像都在主光軸上且重合，則該點(diǎn)已經(jīng)調(diào)至透鏡光軸上。依據(jù)的原理是凸透鏡成像原理。2.共軛法測量凸透鏡焦距時(shí)，為什么b應(yīng)略大于4f？答：因?yàn)橹挥衎4f時(shí)，可以成兩個(gè)倒立實(shí)像，一個(gè)放大，一個(gè)縮小。如果b4f，則可能導(dǎo)致放大的實(shí)像位置超出導(dǎo)軌，無法測量，或者縮小的像太小，無法精確定位。從操作簡單和合理性，精確性角度來看，應(yīng)當(dāng)使得b略大于4f。3.能否用自準(zhǔn)法測量凸透鏡焦距？若可用，請畫出原理光路圖。答：可以。光路圖如下圖6,用一個(gè)已知焦距的凸透鏡L1和待測透鏡L2組合，如下圖，固定物AB和L1的位置，使得成實(shí)像A1B1，在L2右側(cè)放置平面鏡L3

12、，然后左右移動(dòng)L2，使得AB所在原物屏上成倒立和AB等大的清晰實(shí)像，記錄L2和L1的距離，減去L1的焦距即得L2的焦距。圖6自準(zhǔn)法測凸透鏡焦距原理光路圖4.試證明，自準(zhǔn)法測凹透鏡焦距時(shí)，凹透鏡轉(zhuǎn)180°后重復(fù)測量，取正反兩次的平均值能夠消除透鏡光心裝配不準(zhǔn)而造成的系統(tǒng)誤差。答：將原物AB和凸透鏡看成一個(gè)能為凹透鏡提供虛物的整體，記為虛物AB,則，如下圖，AB和透鏡光心存在水平方向偏差。由于原題中平面鏡只起到了把光路鏡像過去的作用，我們可以對稱放置一個(gè)一樣的凹透鏡和凸透鏡便于研究。假設(shè)原題中透鏡光心高度已經(jīng)和主光軸高度一致，我們只要考慮物與像各自位置的水平分量即可。即：透鏡光心在水平方向裝配8透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告不準(zhǔn)。具體證明思路如下（簡單的幾何關(guān)系不作詳細(xì)證明）：9透鏡焦距的測量實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告5.試分析焦距儀測焦距時(shí)可能存在的誤差來源。答：誤差主要可能來源于以下幾個(gè)方面:景深、焦深、像差和色差會導(dǎo)致成像不清楚,會造成讀數(shù)誤差；人眼分辨力的限制，調(diào)整后的平行光管輸出的不是嚴(yán)格的平行光，而是有一定的會聚或發(fā)散。這會使經(jīng)待測透鏡后光線的會聚點(diǎn)不在該透鏡的焦面上而產(chǎn)生公式誤差(或調(diào)焦誤差)；自準(zhǔn)直調(diào)整平行光