透镜焦距的测定及光学设计样本

南昌大学物理实验报告

课程名称：大学物理实验

实验名称：透镜焦距测量与光学设计学院：专业班级：

学生姓名：学号：

实验地点：座位号：

实验时间：

二、实验原理：

1．测凸透镜焦距

（1）自准直法

如图1所示，用屏上“1”字矢孔屏作为发光物。在凸透镜另一边放置一平面反射镜，光线通过凸透镜后经平面反射镜返回孔屏上。移动透镜位置可以变化物距大小，当物距正好是透镜焦距时，物上任意一点发出光线经透镜折射后成为平行光，经平面镜反射后，再经透镜折射回到矢孔屏上。这时在矢孔屏上看到一种与原物大小相等倒立实像。这时物屏到凸透镜光心距离即为此凸透镜焦距。

（2）物距像距法

如图2所示，用屏上“1” 字矢孔作为发光物，通过凸透镜折射后成像在另一侧观测屏上。在实验中测得物距u 和像距v ，则凸透镜焦距为

v

u uv

f +=

用自准直法和物距像距法测凸透镜焦距时，都必要考虑如何拟定光心位置。光线从各个方向通过凸透镜中一点而不变化方向，这点就是该凸透镜光心。凸透镜光心普通与它几何中心不重叠，因而光心位置不易拟定，因此上述两种办法用来测定凸透镜焦距是不够精确，误差约为1.0%~5.0%。

图1 自准直法测焦距 图2 物距像距法测焦距

3.共轭法测量凸透镜焦距

如果物屏与像屏距离b 保持不变,且b>4f,在物屏与像屏间移动凸透镜,可两次成像.当凸透镜移至O 1处时,屏上得到一种倒立放大实像,当凸透镜移至O 2处时,屏上得到一种倒立缩小实像,由共轭关系结合焦距高斯公式得:

实验中测得a 和b,就可测出焦距f.光路如上下图所示:

4.凹透镜（辅助成像）：

如下图所示，在没有凹透镜时，物AB 经凸透镜1L 后将成实像A`B`，在1L 和B`A`间插入凹透镜2L 后，B`A`便称为了

2L 物，但不是实物，而为虚物。对2L 而言，物距A`O`

。该虚物由凹透镜2L 再成实像于B``A``,由透镜成像公式

（1）得

'''

f s s ss f -=

-=

5.显微镜原理：

显微镜是用来观测近处细小物体细节重要目视光学仪器吧，它对被观测物体进行了两次放大：第一次是通过物镜将被观测物放不不大于目镜分划板上，在很接近物镜焦点位置上成倒立放大实像；第二次是通过目镜将第一次所成实像再次放大成虚像供眼睛观测，原理如图

因此通过物镜和目镜两次放大，显微镜放大率2

1f f D ⋅∆

=Γ，其中mm D 250=是明视距离。

6.望远镜原理：

望远镜是观测远距离物体光学仪器。其作用是使通过望远镜所看到物体对眼睛张角不不大于用眼睛直接观测物体张角，从而产生放大感觉。望远镜由物镜和目镜构成，物镜像方焦点与目镜像方焦点重叠，因而平行光射入望远系统后，仍以平行光射出

（1）开普勒望远镜：

由两个凸透镜构成，物镜像方焦点与目镜像方焦点重叠，望远系统垂直放大率仅仅取决于望远系统构造参量，于物

距无关，即e f f y y

'

'='=

Γ0

（2）伽利略望远镜：

伽利略望远镜是由一种长焦距凸透镜和一种短焦距凹透镜构成，物镜像方焦点与目镜像方焦点重叠其工作原理如图

三、实验仪器：

光具座、凸透镜、凹透镜、光源、物屏、平面反射镜、水平尺和滤光片等

四、实验内容和环节：

1．共轴调节

参照图3布置光路，放置物屏和像屏，使其间距f D 4>，移动透镜并对它进行高低、左右调节，使两次所成像顶部（或底部）之中心重叠，需重复进行多次调节，方能达

到规定。 2．自准直法测焦距

如图1布置光路，调透镜位置，高低左右等，使其对物

成与物同样大小

实像于物下方，记下物屏和透镜位置坐标0x 和L x 。

图4

3．物距——像距法测焦距

如图2布置光路，固定物和透镜位置，使它们之间距离约为焦距2倍,移动像屏使成像清晰,调透镜高度，使物和像中点等高,左右调节透镜和物屏，使物与像中点连线与光具座轴线平行,用左右逼近法拟定成抱负像时，读像屏坐标,重复测量5次。

五、实验数据与解决：

1.凸透镜 （1）自准法

物 透镜 1145.1

949.5

mm f 6.1955.9491.1145=-=

2.物像法

物B 透镜O 像B ’ 1231.0 932.0 279.0 1200.0 900.0

2480

）（m m 0.2990.9320.12311=-=s ）（m m 0.653932279'

1-=-=s

）（m m 0.3000.9000.12002=-=s ）（m m 0.6520.9000.248'

2-=-=s

由'

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