透镜焦距测定仪.doc

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D>4,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)(转过1800)凸透镜焦距:f=-(+)=、二次成像法(贝塞耳法)物屏位置读数S0=,像屏位置读数P=,则物屏与像屏距离D=|P-S0|=。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)/