山西大学物理仿真实验报告单透镜物理实验.doc

单透镜物理实验
班级:201* 姓名:*** 日期:2014-6-4
地点: 理科楼
【实验目的】:
学会常用的测量薄透镜的方法。
加深对物象关系和成像公式的理解。
学会用直角坐标系方法讨论薄透镜的成像问题。
学会和掌握共轴光具组的调节。
【实验原理】
薄透镜是指其厚度比两球面的曲率半径小得多的透镜。透镜分为两大类:一类是凸透镜(也称为正透镜或会聚透镜),对光线起会聚作用。焦距越短,会聚本领越大。另一类是凹透镜(也称负透镜或发散透镜),对光线起发散作用。焦距越短,发散本领越大。
在近轴光束(靠近光轴并且与光轴的家教很小的光线)的条件下,薄透镜(包括凸、凹透镜)的成像公式为:
…………(1)
式中:为物距;为像距;为焦距。它的正、负规定为:实物、实像时,、为正;虚物、虚像时,为正,为负;凸透镜为正,凹透镜为负。利用上式测定焦距,可以有几种方法,除了本实验中的方法以外,还可用焦距仪测量。
利用上式时必须满足:
薄透镜;
近轴光线。
实验中常采取的措施是:
在透镜前加一光阑以去边缘光线;
调节各元件使之共轴。
一般透镜中心厚度有几毫米,也会给测量带来一定的误差。当不考虑透镜厚度时,会有百分之几的误差,这是允许的。
1. 凸透镜焦距的测量方法
(1)物距像距法
由实验分别测出物距及像距,利用(1)式,求出焦距:
……(2)

(2)自准法
从(1)式可知,当像距时,,即当物体上各点发出的光经透镜后,变为不同方向的平行光时,物距即为透镜的焦距。该方法利用实验装置本身产生平行光,故为自准法,见下图。
(3)位移法
当物AB与像屏的间距时,透镜在D间移动可在屏上两次成像,如下图所示,一次成放大的像,另一次成缩小的像。
由公式(1)与图中的几何关系可得:
……(3)
……(4)
由上两式右边相等得:
……(5)
将(5)式代入(3)式得:
……(6)
式中:为物与像屏的间距;为透镜移动的距离。
2. 凹透镜焦距的测量方法
因实物经凹透镜后,不能在屏上生成实像,故测其焦距时总要借助一个凸透镜,使凸透镜给凹透镜生成一个虚像,最后再由凹透镜生成一个实像。

(1)物距像距法
如下图所示,在没有凹透镜时,物AB经凸透镜后将成实像于,在和间插入凹透镜后,便称为了的物,但不是实物,而为虚物。对而言,物距。该虚物由凹透镜再成实像于,像距。由透镜成像公式(1)得:
注意到这时,,故必有。
(2)自准法
凸透镜成像于,在与之间插入凹透镜及平面反射镜。移动,当位于的第一焦点时,则发出的是平行光,根据光路可逆原理,最后必定在点形成一个与原物等高、倒立的实像。这时:
【实验内容】
1. 光学系统的共轴调节
共轴调节是光学测量的先决条件,也是减少误差、确保实验成功的重要步骤。所谓“共轴”,是指各光学元件(如光源、物、透镜等)的主光轴重合。由于在光具光具座上进行,所以须使光轴平行于光具座导轨的刻度线。具体调节分两步进行:
粗调。将安置于光具座上的各光学元件靠拢在一起,用眼观察,并调节它们的中心使它们处在同一高度,且连线(光轴)平行于导轨。
细调。将各光学元件按实验要求移开,利用透镜成像规律进一步调整,移动透镜及屏时,将大小不同的像生成在不同的位置。若这些大小不等的像的中