薄透鏡焦距的測(cè)定

PAGEPAGE6成績(jī)?cè)u(píng)定教師簽名嘉應(yīng)學(xué)院物理系普通物理實(shí)驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：班級(jí)：姓名：座號(hào)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：年月日物理與光信息科技學(xué)院編制實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)光學(xué)儀器的使用和維護(hù)規(guī)則，學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)使之等高共軸。2.掌握測(cè)量薄會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡焦距的方法。3.觀察透鏡成像，并從感性上了解透鏡成像公式的近似性。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備：光具座，底座及支架，薄凸透鏡，薄凹透鏡，平面鏡，物屏（可調(diào)狹逢組、有透光箭頭的鐵皮屏），像屏（白色，有散射光的作用）。實(shí)驗(yàn)原理：透鏡是光學(xué)儀器中最基本的元件。在不同的場(chǎng)合，由于使用的目的不同，需選擇焦距不同的透鏡或透鏡組，故焦距是反映透鏡特性的重要物理量。為了正確使用光學(xué)儀器，必須掌握透鏡成像規(guī)律，學(xué)會(huì)光路調(diào)節(jié)技術(shù)和焦距測(cè)量方法。1．自準(zhǔn)直法測(cè)量凸透鏡焦距如圖4－１所示，當(dāng)以狹縫光源作為物放在透鏡的第一焦平面上時(shí)，由發(fā)出的光經(jīng)透鏡后將形成平行光。如果在透鏡后面放一個(gè)與透鏡光軸垂直的平面反射鏡，則平行光經(jīng)反射，將沿著原來(lái)的路線反方向進(jìn)行，并成像在狹縫平面上。狹縫與透鏡之間的距離，就是透鏡的第二焦距。這個(gè)方法是利用調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置本身，使之產(chǎn)生平行光以達(dá)到調(diào)焦的目的，所以稱自準(zhǔn)直法。2．用物距與像距法測(cè)量凸透鏡焦距由于對(duì)實(shí)物，凸透鏡可成實(shí)像，所以直接測(cè)量凸透鏡的物距、像距，就可以用高斯公式求出凹透鏡的焦距，如圖4—2所示。3．共軛法（二次成像法）測(cè)量凸透鏡焦距如圖4-3，取物體與像屏之間的距離L大于4倍凸透鏡焦距f，即L>4f,并保持L不變。沿光軸方向移動(dòng)透鏡，則在像屏上必能兩次成像。當(dāng)透鏡在位置I時(shí)屏上將出現(xiàn)一個(gè)放大清晰的像（設(shè)此物距為u，像距為v）；當(dāng)透鏡在位置II時(shí)，屏上又將出現(xiàn)一個(gè)縮小清晰的像（設(shè)此物距為u′，像距為v′），設(shè)透鏡在兩次成像時(shí)位置之間的距離為C，根據(jù)透鏡成像公式，可得u=v′，u′=v又從圖4-3可以看出(4-1)式(4-1)稱為透鏡成像的貝塞爾公式。可知，只要測(cè)出了L和C的值，就可求得f。此方法避免了測(cè)量物距和像距時(shí)由于估計(jì)透鏡光心的位置不準(zhǔn)所帶來(lái)的誤差(因透鏡的光心不一定與它的對(duì)稱中心重合)，所以這種方法測(cè)焦距f，既簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確度又較高。4．用輔助透鏡法測(cè)量凹透鏡焦距由于對(duì)實(shí)物，凹透鏡成虛像，所以直接測(cè)量凹透鏡的物距、像距，難以兩全。我們只能借助與凸透鏡成一個(gè)倒立的實(shí)像作為凹透鏡的虛物，虛物的位置可以測(cè)出。凹透鏡能對(duì)虛物成實(shí)像，實(shí)像的位置可以測(cè)出。于是，就可以用高斯公式求出凹透鏡的焦距，如圖4—4所示。四、實(shí)驗(yàn)步驟：（一）清點(diǎn)實(shí)驗(yàn)儀器和用具（檢查是否齊全和完好無(wú)損，若有不齊或有損壞，及時(shí)報(bào)告老師登記后配齊或更換。）光具座，底座及支架，薄凸透鏡，薄凹透鏡，平面鏡，物屏（透光箭頭），像屏（白色）（二）測(cè)量一、自準(zhǔn)直法測(cè)量凸透鏡焦距（１）按圖4—1所示，在光具座上放置狹縫光源、平面鏡，并使它們之間的距離比所測(cè)凸透鏡的焦距大。在物屏和平面鏡之間放上被測(cè)量的凸透鏡。（２）適當(dāng)調(diào)節(jié)光路，使物屏發(fā)出的光通過(guò)透鏡后，由平面鏡再反射回去，并再次通過(guò)透鏡射向物屏。（３）在光具座上，前后移動(dòng)凸透鏡，使物屏上產(chǎn)生倒立、等大、清晰的實(shí)像，當(dāng)共軸很好時(shí)，物與像完全重合，用紙片遮住平面鏡，清晰的像應(yīng)該消失。記下凸透鏡在導(dǎo)軌上的位置。重復(fù)步驟（3）五次，記錄物及透鏡所在的位置，計(jì)算出的平均值。二、成像公式法測(cè)凸透鏡焦距1、如圖4-2擺放光學(xué)儀器。調(diào)節(jié)各光學(xué)元件共軸。（１）粗調(diào)，將光具座上的光靠攏，調(diào)節(jié)高低左右；光心中心大致在同一高度和一直線上。（２）細(xì)調(diào)，用共軛原理進(jìn)行調(diào)整，使物屏與像屏之間的距離，將凸透鏡從物屏向像屏緩慢移動(dòng)，若所成的大像與小像的中心重合，則等高共軸已調(diào)節(jié)好，若大像中心在小像中心的下方，說(shuō)明凸透鏡位置偏低，應(yīng)將位置調(diào)高；反之，則將透鏡調(diào)低；左右亦然。詳見(jiàn)光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)。2、調(diào)節(jié)透鏡及白屏的位置，在白屏上得到清晰的倒立等大實(shí)象，記錄此時(shí)物屏、透鏡、白屏的位置填入表二。三、共軛法測(cè)凸透鏡焦距1、如圖4-2擺放各元件，使物屏與白屏間距離略大于4f。2、在物屏與白屏間調(diào)節(jié)凸透鏡的位置，記錄下成放大實(shí)象和縮小實(shí)象時(shí)凸透鏡的位置。3、保持物屏與白屏位置不變，重復(fù)步驟（2）四次,記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。4、記錄物屏與白屏的位置填入表三。四、輔助透鏡法測(cè)凹透鏡焦距1、光路如圖4-4示。調(diào)節(jié)凸透鏡、凹透鏡共軸后，將凹透鏡沿光具座移開(kāi)，白屏放在凸、凹透鏡中間。2、調(diào)節(jié)凸透鏡及白屏的位置，得到一清晰倒立略放大的實(shí)象，記錄此時(shí)物屏、凸透鏡及白屏的位置。3、保持凸透鏡位置不變，將白屏移至凸透鏡凹透鏡的外側(cè)，調(diào)節(jié)凹透鏡及白屏的位置，在白屏上得到清晰的實(shí)象，記錄此時(shí)凹透鏡、白屏的位置。4、稍微改變凹透鏡的位置，重復(fù)步驟（3）測(cè)四次，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)填入表四。