薄透镜焦距的测定
薄透镜焦距的测定
实验八 薄透镜焦距的测定透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的一个重要参数是焦距。
由于使用目的和条件的不同，需要选择不同焦距的透镜或透镜组，为了在实验中能正确选用透镜，必须学会测定透镜的焦距。
常用的测定透镜焦距的方法有自准法和物距像距法。
对于凸透镜还可以用位移法(共轭法)进行测定。
光具座是光学实验中的一种常用设备。
光具座结构的主体是一个平直的导轨，另外还有多个可以在导轨上移动的滑块支架。
可根据不同实验的要求，将光源、各种光学部件装在夹具架上进行实验。
在光具座上可进行多种实验，如焦距的测定，显微镜、望远镜的组装及其放大率的测定、幻灯机的组装等，还可进行单缝衍射、双棱镜干涉、阿贝成像与空间滤波等实验。
进行各种光学实验时，首先应正确调好光路。
正确调节光路对实验成败起着关键的作用，学会光路的调节技术是光学实验的基本功。
【实验目的】1．学习测量薄透镜焦距的几种方法。
2．掌握透镜成像原理，观察薄凸透镜成像的几种主要情况。
3．掌握简单光路的分析和调整方法。
【实验仪器】光具座(全套)、照明灯、凸透镜、平面反射镜、物屏、白屏等。
【实验原理】1．薄透镜成像公式由两个共轴折射曲面构成的光学系统称为透镜。
透镜的两个折射曲面在其光轴上的间隔(即厚度)与透镜的焦距相比可忽略或者称为薄透镜。
透镜可分为凸透镜和凹透镜两类。
凸透镜具有使光线会聚的作用，即当一束平行于透镜主光轴的光线通过透镜后，将会聚于主光轴上的一点，此会聚点F 称为该透镜的焦点，透镜光心O 到焦点F 的距离称为焦距f 图1(a)。
凹透镜具有使光束发散的作用，即当一束平行于透镜主光轴的光线通过透镜后将偏离主光轴成发散光束。
发散光的延长线与主光轴的交点f 为该透镜的焦点。
如图1(b)近轴光线是指通过透镜中心部分与主轴夹角很小的那一部分光线。
在近轴光线条件下，薄透镜成像的规律可表示为f u 111=+υ (1) 式中u 为物距，υ为像距，f 为透镜的焦距。
u 、υ和f 均从透镜光心O 点算起。
实验一 薄透镜焦距的测定
实验一 薄透镜焦距的测定【实验目的】1. 进一步理解透镜成像的规律；2. 掌握测量薄透镜焦距的几种方法；3. 学会光具座上各元件的共轴调节方法。
【实验仪器】光具座、凸透镜、凹透镜、平面镜、像屏、物屏、光源。
【实验原理】1、薄透镜焦距的测定透镜的厚度相对透镜表面的曲率半径可以忽略时，称为薄透镜。
薄透镜的近轴光线成像公式为：fs s 111'=+ （3—1—1）式中s 为物距，s ＇为像距，f 为焦距。
其符号规定如下：实物时s 取正，虚物s 取负；实像时s ＇取正，虚像时s ＇取负；f 为透镜焦距，凸透镜取正，凹透镜取负 。
（1） 位移法测定凸透镜焦距 （贝塞尔法又称共轭成像法）如图1所示，如果物屏与像屏的距离A 保持不变，且A > 4f ，在物屏与像屏间移动凸透镜，可以两次看到物的实像，一次成倒立放大实像，一次成倒立缩小实像，两次成像透镜移动的距离为L 。
据光线可逆性原理可得：s 1= s 2′，s 2= s 1′，则2s '21L A s -==，2'12L A s s +==， 将此结果代入式（3—1—1）可得：AL A f 422-= （3—1—2）只要测出A 和L 的值，就可算出f 。
（2） 自准直法测凸透镜焦距光路图如图2所示。
当物体AB 处在凸透镜的焦距平面时，物AB 上各点发出的光束，经透镜后成为不同方向的平行光束。
若用一与主光轴垂直的平面镜将平行光反射回去，则反射光再经透镜后仍会聚焦于透镜的焦平面上，此关系就称为自准直原理。
所成像是一个与原物等大的倒立实像A ′B ′（此时物到透镜的距离即为焦距）。
所以自准直法的特点是：物、像在同物像像屏屏图2 自准直法测凸透镜焦距一焦平面上。
自准直法除了用于测量透镜焦距外，还是光学仪器调节中常用的重要方法。
（3） 物距—像距法测凹透镜焦距（利用虚物成实像求焦距） 如图3所示，先用凸透镜L 1使AB 成实象A 1B 1，像A 1 B 1便可视为凹透镜L 2的物体（虚物）所在位置，然后将凹透镜L 2放于L 1和A 1B 1之间，如果O 2A 1<∣f 2∣，则通过L 1的光束经L 2折射后，仍能形成一实象A 2B 2。
薄透镜焦距的测定
的像为止，记录物距s与像距s′，由公式(2)求出焦距f ′。
图4 物距、像距法测焦距光路
2. 自准直法测凸透镜焦距 如图5所示，在待测透镜L的一侧放臵被光源照明的1字形物屏AB， 在另一侧放一面平面反射镜M，移动透镜（或物屏），当物屏AB正 好位于凸透镜之前的焦平面时，物屏AB上任一点发出的光线经凸透 镜L折射后，变为平行光线，然后被平面反射镜反射回来，再经凸 透镜折射后，仍会聚在它的焦平面上，即在原物屏平面上，形成一 个与原物等大、倒立的实像A′B′。此时物屏到凸透镜之间的距离等 于待测透镜的焦距，即
屏位臵（缩小像）x3 .
表三 二次成像法测凸透镜焦距数据记录表
n 1 2 3
x1 /cm
x2/cm
x3/cm
D=(x1- x0)/ cm
d=(x3- x2)/ cm
fi’/cm
4
5
4. 辅助透镜法测凹透镜焦距
经凸透镜成像位臵x1，经凸凹透镜成像位臵x2，凹透镜位臵x3 .
表四 辅助透镜法测凹透镜焦距数据记录表
普通物理(光学)实验
薄透镜焦距的测定
薄透镜焦距的测定
实验目的 实验原理 数据处理 实验仪器 实验内容 注意事项
思考问题
实验目的
1．掌握光具座的使用与光学元件等高共轴 调节的方法。
2．学会测量透镜焦距的常用方法，掌握简
单光路的分析。 3．熟悉光学实验的基本操作规范。
实验仪器
2 5 4 3
1
图1 薄透镜焦距测定实验仪器组成
f s
图5 用自准直法测凸透镜焦距
3. 二次成像法（贝塞耳法）
毋须考虑透镜本身 的厚度，因此较准确
物像公式法、自准直法都因凸透镜的中心位臵不易确定而在测量中要 引入误差，用二次成像法来测量凸透镜焦距可以避免这一缺点。如图6所 示，物屏和像屏之间的距离大于，且保持不变，如果沿光轴方向移动透镜， 透镜在物屏和像屏之间必定存在两个位臵能观察到清晰的像，透镜在这两 个位臵之间距离的绝对值为，运用物像的共轭对称性质，可以证明
大学物理实验薄透镜焦距的测定
光学实验 薄透镜焦距的测定一、［实验目的］1．明确光学实验室规则，训练相应的实验规范行为； 2．认识光学实验平台，学会调节光学系统使之共轴； 2．掌握薄透镜焦距的3种常用测定方法。
二、［实验仪器］ 1．光学平台2．凸透镜（f70 ） ；凸透镜（f190）（待测物） 凹透镜（f-100）（待测物） 3．光源、物屏、像屏、平面镜 三、［实验原理］本实验中仅考虑透镜厚度比球面曲率半径小得多的透镜，此时，透镜的两个主平面与透镜中心面可看作是重合的。
因此，物距u 、像距v 、焦距f 可视为是物、像、焦点与透镜中心的距离。
1．由自准直法测凸透镜焦距2．用物距像距法测透镜焦距设薄透镜的焦距f ，物距为u ，对应的像距为v ,则透镜成像的公式：fv u 111=+ 即 vu uvf +='-------------------（1） 通过物距、像距的测定，求薄透镜的焦距。
3．用两次成像法测凸透镜焦距在下图中，取物、屏之距L > 4f ，且在实验过程中保持不变。
置凸透镜于物、屏之间，移动透镜的座驾观察二次成像的图案，则凸透镜有两个位置Ⅰ与Ⅱ （二者相距为 d ）可使物成像于屏上，其中一个是放大、倒立的实像，另一个是缩小、倒立的实像。
Ld L f 422-='-------------------------（2）分别测量L 和d ，代入上式即可求得凸透镜焦距。
4．测定凹透镜的焦距薄凹透镜是一种发散透镜。
实物经过凹透镜的折射无法形成实像，因此测量焦距的方法一般要加一块凸透镜。
先将实物发出的光经凸透镜折射后形成会聚光束，然后利用会聚光束来测定凹透镜的焦距。
光路图如下图。
先用一块凸透镜（本实验选f70）把光源形成一个汇聚点（实像可以在接受屏上找到成像位置），然后加上待测的凹透镜，则会聚光束经凹透镜发散，形成一个新汇聚点（仍然是实像）。
测出两个汇聚点（实像）到凹透镜中心的距离，就可以知道物距u （负号）和像距v 。
《大学物理实验》20实验二十薄透镜焦距的测定
《⼤学物理实验》20实验⼆⼗薄透镜焦距的测定175实验⼆⼗薄透镜焦距的测量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、实验⽬的1．学习透镜⽅⾯的基本知识。
2．掌握薄透镜的焦距的⼏种测量⽅法。
⼆、实验原理（⼀）薄透镜成像规律薄透镜是指透镜中⼼厚度d ⽐透镜焦距f ⼩很多的透镜。
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。
在近轴光线（指通过透镜中⼼并与主光轴成很⼩夹⾓的光束）的条件下，薄透镜的成像可表⽰为：fP P 111=+′ (1) 式中P '为像距，P 为物距，为(像⽅)焦距。
各线距均从透镜中⼼(光⼼)量起，与光线进⾏⽅向⼀致为正，反之为负。
f （⼆）薄透镜焦距的测量原理 1.凸透镜的焦距测量（1）粗测法：当物距趋向⽆穷⼤时，由(1)式可得：p P f ′=，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。
由于这种⽅法误差较⼤，⼤都⽤在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。
（2）公式法根据(1)式，则薄透镜焦距为PP f P P ′=′+ (2) 若在实验中分别测出物距P 和像距P ' , 即可⽤式(2)求出该透镜的焦距f 。
(3)⾃准法如图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176M 。
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。
薄透镜焦距的测定
薄透镜焦距的测定【试验目标】1．控制光路调剂的根本办法;2．进修几种测量薄透镜焦距的试验办法.【试验仪器】照明光源（钠光灯）.物屏.白屏.光具座.平面镜.待测透镜等.【试验道理】透镜的厚度相对透镜概况的曲率半径可以疏忽时,称为薄透镜.薄透镜的近轴光线成像公式为（1）l s为物距,s′为像距,f ′为像方焦距.其符号划定如下：什物与实像时取正,虚物与虚像时取负;f 为透镜焦距,凸透镜取正,凹面镜取负 .图1凸透镜自准法1．凸透镜焦距的测量道理(1)自准直法光源置于凸透镜核心处,发出的光线经由凸透镜后成为平行光,若在透镜后放一块于主光轴垂直的平面镜,将此光线反射归去,反射光再经由凸透镜后仍会聚于核心上,此关系称为自准道理.假如在凸透镜的焦平面上放一物体,如图1所示,其像也在该焦平面上,是大小相等的倒立实象,此时物屏至凸透镜光心的距离等于焦距.图2什物成实像法(2)用什物成实像求焦距如图2所示,用什物作为光源,其发出的光线经会聚透镜后,在必定前提下成实像,可用白屏接取实像加以不雅察,经由过程测定物距和像距,运用（1）式即可算出焦距.图3共轭法（3）共轭法如图3所示,假如物屏与像屏的距离D保持不变,且D > 4f,在物屏与像屏间移动凸透镜,可两次成像.当凸透镜移至O1处时,屏上得到一个倒立放大实象A1B1,当凸透镜移至O2处时,屏上得到一个倒立缩小实象A2B2,由图2可知,透镜在O1处时：（2）透镜移至O2处时：（3）由此可得：（4）测出D和d,即可求得焦距.2．凹面镜焦距的测量道理运用虚物成实像求焦距：图4如图4所示,先用凸透镜L1使AB成实象A1B1,像A1B1即可视为凹面镜L2的物体（虚物）地点地位,然后将凹面镜L2放于L1和A1B1之间,假如O1A1<∣f2∣,则经由过程L1的光束经L2折射后,仍能形成一实象A2B2.物距s = O2A1,像距s′= O2A2,代入公式（1）,可得凹面镜焦距.【试验内容】1．光路调剂因为运用薄透镜成像公式时,须要知足近轴光线前提,是以必须使各光学元件调节到同轴,并使该轴与光具座的导轨平行,“共轴等高”调节分两步完成：（1）目测粗调：把光源.物屏.透镜和像屏依次装好,先将它们挨近,使各元件中间大致等高在一条直线上,并使物屏.透镜.像屏的平面互相平行.（2）细调：运用共轭法调剂,参看图2,固定物屏和像屏的地位,使D> 4f,在物屏与像屏间移动凸透镜,可得一大一小两次成像.若两个像的中间重合,即暗示已经共轴;若不重合,可先在小像中间作一记号,调节透镜的高度使大像的中间与小像的中间重合.如斯反复调节透镜高度,使大像的中间趋势小像中间（大像追小像）,直至完整重合.2．凸透镜焦距的测量因为试验中要工资地断定成像的清楚,斟酌到人眼断定成像清楚的误差较大,常采取阁下逼近测读法测定屏或透镜的地位,即从左至右移动屏或透镜,直至在物屏或像屏上看到清楚的像,这就是阁下逼近测读法.(1)自准直法：参看图1,平面镜靠在凸透镜后,固定物屏地位,采取阁下逼近测读法测定透镜地位,即从左至右移动透镜,直至在物屏上看到与物大小雷同的清楚倒像,记载此时透镜的地位;再从右至左移动透镜,直至在物屏上看到与物大小雷同的清楚倒像,记载此时透镜的地位.反复3次.记载透镜的地位,盘算焦距.(2)用什物成实像法：参看图2,将物屏.透镜固定在导轨上,间距大于焦距（可运用自准法数据）,运用阁下逼近测读法,从左至右移动像屏找到清楚的图像,再从右至左移动像屏,找到清楚的图像,反复3次.记载此时物屏.透镜.像屏的地位,盘算焦距.（3）共轭法：参看图3,固定物屏和像屏的地位,使D> 4f（可运用自准法数据）,采取阁下逼近测读法分离测定凸透镜在像屏上成一大一小两次像的地位,反复3次,盘算焦距.物屏透镜地位1透镜地位2像屏D（cm）L（cm）f（cm）3．凹面镜焦距的测量（虚物成实像法：）参看图4安顿好光源.物屏.凸透镜和像屏,使像屏上形成缩小清楚的像,用阁下逼近测读法测定像屏（）的地位,同时固定物屏和凸透镜.在凸透镜和像屏之间放入凹面镜,移动像屏,直至像屏上消失清楚的像,用阁下逼近测读法测定像屏（）的地位,并记载凹面镜的地位,反复3次,盘算凹面镜的焦距.留意符号.A'B'地位（cm）A''B''地位（cm）L2地位（cm）s（cm）s′（cm）f（cm）【留意事项】1．在运用仪器时要轻拿.轻放,勿使仪器受到震撼和磨损.2．调剂仪器时,应严厉按各类仪器的运用规矩进行,细心地调节不雅察,沉着地剖析思考,切勿浮躁.3．任何时刻都不克不及用手去接触玻璃仪器的光学面,以免在光学面上留下陈迹,使成像隐约或无法成像.如必须用手拿玻璃仪器部件时,只准拿毛面,如透镜周围,棱镜的上.下底面,平面镜的边沿等.4．当光学概况有污痕或手迹时,对于非镀膜概况可用干净的擦镜纸轻轻擦拭,或用脱脂棉蘸擦镜水擦拭.对于镀膜面上的污痕则必须请专职教师处理.【数据表格】1.会聚透镜焦距的测量（1）物象距法：（2）贝塞尔法（3）自准直法2.发散透镜焦距的测定【数据处理及成果】1、会聚透镜焦距的测量 （1） 物象距法：由 p p p p f '-'='得： 1f '=67.1545.980.2345.980.23=-⨯ （cm ）16.1615.909.2115.909.212=-⨯='f （cm ）63.1431.960.2531.960.253=-⨯='f (cm)40.1585.880.2085.880.204=-⨯='f (cm)45.1506.989.2106.989.215=-⨯='f (cm)46.15)45.1540.1563.1416.1667.15(51=++++⨯='f (cm))(22.0)46.1545.15()46.1540.15()46.1563.14()46.1516.16()46.1567.15(51)(22222cm f =-+-+-+-+-⨯='μ故 22.046.15)(±='±'='f f f μ （cm ）（2） 贝塞尔法由ld l f 422-='得19.1500.63489.1100.63221=⨯-='f （cm ）21.1500.68406.2200.68222=⨯-='f （cm ）27.1600.73406.2400.73223=⨯-='f （cm ）86.1678470.2800.78224=⨯-='f （cm ）52.1500.83465.4100.83225=⨯-='f （cm ）81.15552.1586.1627.1621.1519.15=++++='f （cm ）)(29.0)81.1552.15()81.1586.16()81.1527.16()81.1521.15()81.1519.15(51)(22222cm f =-+-+-+-+-='μ故29.081.15)(±='±'='f f f μ （cm ）（3） 自准直法：91.14)98.1493.1491.1489.1485.14(51=++++⨯='f （cm ）)(02.0)91.1498.14()91.1493.14()91.1491.14()91.1489.14()91.1485.14(51)(22222cm f =-+-+-+-+-⨯='μ故02.091.14)(±='±'='f f f μ （cm ）2、发散透镜焦距的测定由ss s s f -''=' 得： 25.12)17.1170.1185.1243.1211.13(51=++++⨯='f （cm ）)(29.0)25.1217.11()25.1270.11()25.1285.12()25.1243.12()25.1211.13(51)(22222cm f =-+-+-+-+-⨯='μ故 29.025.12)(±='±'='f f f μ （cm ） 【评论辩论】1. 剖析本试验的体系误差,对于物距像距法,主如果测量物屏,透镜及像地位时,滑座上的读数准线和被测平面是否重合,假如不重合将带来误差.对于位移法测凸透镜焦距,不消失这一问题.经由过程上述两种办法测透镜焦距相符程度来肯定体系误差对成果的影响.本试验的有时误差主如果人眼不雅察,成像清楚度引起的误差,因为人眼对成像的清楚分辩才能有限,所以不雅察到的像在必定规模内都清楚,加之球差的影响,清楚成像地位会偏离高斯像.2. 本试验的体系误差经前面的剖析和检讨可知,对测量成果影响较小, 而平均值的尺度误差又较小,以得出结论,该试验准确度较高,平均值可以作为一组测量值中接近真值的最佳值.。
薄透镜焦距的测定方法
薄透镜焦距的测定方法
薄透镜焦距的测定方法
薄透镜是一种广泛应用于各种光学仪器中的光学元件，焦距是衡量薄透镜功能的重要参数。
焦距的准确测量将直接影响光学系统的性能。
因此，测量薄透镜焦距的方法显得至关重要。
测量薄透镜焦距的方法很多，其中最常用的是衍射技术。
它主要利用一种叫做Fresnel衍射的物理现象，使用光线在表面的反射和折射，从而测量到薄透镜的焦距。
此外，光束投影技术也可以用来测量薄透镜焦距，它主要利用一种叫做Huygens原理的光学原理，通过把薄透镜投影到一个指定的屏幕上，然后测量出屏幕上焦点处的光线，从而测量出薄透镜的焦距。
此外，还有一种叫做投影像差法的方法可以用来测量薄透镜焦距。
它利用一种叫做像差的相干现象，使用两束光线，其中一束光经过薄透镜，另一束光绕过薄透镜，然后把它们投射到屏幕上，再通过测量屏幕上焦点处的光线，从而测量出薄透镜的焦距。
综上所述，衍射技术、光束投影技术和投影像差法都可以用来测量薄透镜焦距。
由于它们的测量原理不同，在实际应用中应注意选择适合的方法以及相应的测量方法，以确保测量的精度。
薄透镜焦距的测定
薄透镜焦距的测定薄透镜焦距的测定【实验目的】1.学会测量薄透镜焦距的几种基本方法。
2.进一步掌握薄透镜的成像规律。
【实验原理】一、薄透镜成像公式透镜可分为凸透镜和凹透镜两类。
它们对光线的作用分别是会聚和发散。
当一束平行于透镜主光轴的光线通过凸透镜后，将会会聚于主光轴上，会聚点F称为该凸透镜的焦点，凸透镜光心O到焦点F的距离称为焦距f，如图5-1-1a所示。
一束平行于主光轴的光线通过凹透镜后将发散。
发散光的延长线与主光轴的交点F称为该凹透镜的焦点，凹透镜光心O到焦点F的距离称为凹透镜的焦距f。
如图5-1-1b所示。
a) b)图5-1-1 a) 凸透镜 b) 凹透镜当透镜厚度远远小于其焦距时，这种透镜称为薄透镜。
在近轴光线的条件下，薄透镜成像的规律可表示为：111+= （5-1-1） uvf式中u为物距，v为像距，f为透镜的焦距。
u、v和f均从透镜的光心O算起。
物距u恒取正值，像距v的正负由像的实虚来确定。
实像时，v为正，虚像时，v为负。
凸透镜的焦距恒取正值。
凹透镜的焦距恒取负值。
二、凸透镜焦距的测量原理测量凸透镜焦距可使用三种方法： 1.自准法（平面镜法）如图5-1-2所示，若物体AB处于凸透镜的前焦平面时，物体上各点发出的光线通过凸透镜将变为平行光。
此时，物距u即等于透镜焦距f。
若用与主光轴垂直的平面镜将平行光反射回去，再经透镜会聚后将成为一个大小与物体相同的倒立实像AB，AB也必定位于原物所处的前焦平面上。
测出物体与透镜的距离，即为该透镜的焦距。
////图5-1-2 图5-1-32.物距像距法如图5-1-3所示，当物体AB在有限距离时，物体发出的光线经过凸透镜折射后，将成像在透镜的另一侧，测出物距u和像距v后，代入公式111+=即可算出透镜的焦距 uvff=uvu+v3.共轭法（二次成像法）图5-1-4如图5-1-4所示，设物与像屏间距离为S，且S>4f，并保持不变，移动透镜位置，当透镜在O1处时，屏上可获得放大的清晰的实像A1B1，当透镜在O2处时，屏上又获得一个缩小的清晰的实像A2B2。
薄透镜焦距的测量
薄透镜焦距的测量透镜是光学仪器中最重要、最基本的元件，它由透明材料（如玻璃、塑料、水晶等）做成。
光线通过透镜折射或反射后可以成像。
掌握透镜的成像规律，是了解光学仪器的原理和正确使用光学仪器的重要基础。
常用的薄透镜按其对光的会聚或发散，可分为凸透镜和凹透镜两大类。
焦距是反映透镜特性的一个重要参数。
无论是单个透镜，还是透镜组；无论是简单的应用，还是复杂的应用，常常会涉及焦距的测量问题。
常用的测量方法有：自准直法、物距像距法、共轭法和平行光管法。
一、实验要求1．实验重点① 掌握简单光路的调整方法——等高共轴调整； ② 学习几种常用的测量薄透镜焦距的方法（自准法、共轭法、物距像距法和平行光管法等）； ③ 学习不同测量方法中消除系统误差或减小随机误差的方法； ④ 学习不确定度的计算方法。
2．预习要点① 什么是薄透镜？什么是近轴光线？透镜成像公式的使用条件是什么？② 什么是自准法？利用自准法测透镜焦距时，如何消除透镜中心与支架刻线位置不重合造成的系统误差？ ③ 什么是共轭法？用共轭法测透镜焦距有何优点？④ 什么叫等高共轴调节？为什么要进行等高共轴调节？如何进行调节？ ⑤ 什么是测读法？何处使用测读法？其目的是为了消除什么误差？⑥ 什么是平行光管法？利用平行光管法测量透镜焦距最突出的优点是什么？二、实验原理这里只讨论涉及薄透镜、近轴光线的实验。
薄透镜是指透镜的中心厚度d 远小于其焦距f （d <<f ）的透镜。
近轴光线是指通过透镜中心部分并与主光轴夹角很小的那一部分光线。
为了满足近轴光线条件，常在透镜前（或后）加一带孔的屏障，即光阑，以挡住边缘光线；同时选用小物体，并做等高共轴调节，把它的中点调到透镜的主光轴上，使入射到透镜的光线与主光轴的夹角很小。
在近轴光线条件下，薄透镜的成像规律可用下式表示：fv u 111=+ （1） 式中，u 为物距，实物为正，虚物为负；v 为像距，实像为正，虚像为负；f 为焦距，凸透镜为正，凹透镜为负。
测量薄透镜焦距的方法
测量薄透镜焦距的方法薄透镜是光学实验中常用的器件，它具有很多重要的应用，如成像、照相、望远镜、显微镜等。
薄透镜的焦距是一个重要的参数，它决定了透镜的成像能力和成像位置。
因此，准确地测量薄透镜的焦距对于光学实验和应用具有重要意义。
下面将介绍几种测量薄透镜焦距的方法。
一、通过物距法测量薄透镜焦距。
物距法是一种常用的测量薄透镜焦距的方法。
具体步骤如下：1. 将一物体放置在薄透镜的一侧，并测量物体到透镜的距离，即物距u。
2. 调节物体位置，使得在透镜的另一侧得到清晰的像，测量像到透镜的距离，即像距v。
3. 根据薄透镜的公式1/f=1/v+1/u，可以计算出薄透镜的焦距f。
二、通过放大率法测量薄透镜焦距。
放大率法是另一种测量薄透镜焦距的方法。
具体步骤如下：1. 将一物体放置在薄透镜的一侧，并测量物体到透镜的距离，即物距u。
2. 调节物体位置，使得在透镜的另一侧得到清晰的像，测量像的高度，即像高h。
3. 根据放大率公式m=-v/u=h'/h，可以计算出薄透镜的焦距f。
三、通过远处物体成像法测量薄透镜焦距。
远处物体成像法是一种简便的测量薄透镜焦距的方法。
具体步骤如下：1. 将一远处物体放置在薄透镜的一侧，调节透镜位置，使得在透镜的另一侧得到清晰的像。
2. 测量像到透镜的距离，即像距v。
3. 根据薄透镜的公式1/f=1/v，可以计算出薄透镜的焦距f。
以上所述的三种方法都是常用的测量薄透镜焦距的方法，每种方法都有其适用的场合，可以根据实际情况选择合适的方法进行测量。
在实际操作中，需要注意测量的精度和准确性，避免因操作不当而导致误差的产生。
总之，薄透镜的焦距是一个重要的光学参数，准确地测量薄透镜的焦距对于光学实验和应用具有重要意义。
通过物距法、放大率法和远处物体成像法等方法，可以准确地测量薄透镜的焦距，为光学实验和应用提供准确的数据支持。
薄透镜焦距的测定实验报告
薄透镜焦距的测定实验报告
实验目的：通过实验测定薄透镜的焦距。
实验原理：薄透镜是一种光学元件，它可以将光线聚焦或发散。
薄透镜的焦距是指光线通过薄透镜后，聚焦或发散的距离。
薄透镜的焦距可以通过实验测定得到。
实验器材：薄透镜、光源、屏幕、尺子、直尺、三角板等。
实验步骤：
1. 将薄透镜放在光源和屏幕之间，使光线通过薄透镜后聚焦在屏幕上。
2. 移动屏幕，找到光线聚焦的位置，用尺子测量光线聚焦的距离，即为薄透镜的焦距。
3. 重复以上步骤，取多组数据，计算平均值。
实验结果：通过实验测得薄透镜的焦距为10cm。
实验分析：实验结果与理论值相符合，说明实验操作正确，实验结果可信。
实验结论：通过实验测定，薄透镜的焦距为10cm。
实验注意事项：
1. 实验时要注意安全，避免光线直接照射眼睛。
2. 实验时要保持光源、薄透镜和屏幕的位置不变，避免误差。
3. 实验时要注意测量精度，尽量减小误差。
总结：通过本次实验，我们学习了薄透镜的基本原理和测量方法，掌握了实验操作技能，提高了实验能力。
薄透镜焦距的测量带有不确定度计算
薄透镜焦距的测量(带有不确定度计算) 测量薄透镜焦距并计算不确定度是一种基本的物理实验技能，它涉及到使用光源、光屏和透镜来测量透镜的焦距。
下面将详细描述这个实验过程，并给出不确定度的计算方法。
一、实验原理在薄透镜的成像过程中，光线通过透镜后，由透镜折射后的光线会聚于一点，这个点被称为焦点。
焦距是指从透镜中心到焦点的距离。
我们可以通过在薄透镜前放置一个光源，并调整光屏与透镜的距离，使得光源在光屏上形成一个清晰的像，然后测量光屏与透镜之间的距离，即为焦距。
二、实验步骤1.将光源、透镜和光屏依次放置在同一直线上，并确保透镜和光屏的位置可以调整。
2.调整光源的位置，使其发出的光线垂直于透镜的主轴。
3.调整光屏的位置，使得光源在光屏上形成一个清晰的像。
4.测量光屏与透镜之间的距离（两次测量，取平均值），即为透镜的焦距。
三、不确定度计算不确定度是指测量结果的不确定性或误差范围。
在这个实验中，我们可以从以下几个方面来考虑不确定度的来源：1.测量工具的精度：例如，我们使用的测量工具可能不是绝对精确的，这会导致测量结果存在误差。
2.光源的光线稳定性：光源发出的光线可能会因为温度、电压等因素而发生改变，这会影响到成像的清晰度，从而影响焦距的测量精度。
3.实验操作：在调整透镜和光屏的过程中，可能会因为人为因素导致操作不准确。
假设上述不确定度来源均为均匀分布，那么我们可以使用以下公式来计算不确定度：u=3Δ其中，u为不确定度，Δ为各个不确定度来源引起的误差范围。
例如，如果我们的测量工具精度为0.01mm，光源光线稳定性引起的误差范围为0.02mm，实验操作引起的误差范围为0.03mm，那么我们可以计算不确定度：u=30.01=0.0189mm四、实验数据处理与结论假设我们在实验中得到的焦距为f，那么我们可以计算出焦距的不确定度uf：uf=f×fu例如，如果我们的焦距为50mm，那么：uf=50mm×50mm0.0189mm=0.0038mm我们可以得出结论：薄透镜的焦距为50mm±0.0038mm。
薄透镜焦距的测定
近轴光线：一般使用透镜时，物体都在主光轴附近，入射光线的 入射角很小，这样的光线叫近轴光线。
焦点：平行于主光轴的近轴光线，通过透镜后会聚（或发散，这 时其反向延长线会聚）于主光轴上的点，叫主焦点F，如下图所 示。每个透镜都有分居透镜两侧的两个主焦点。 焦距：光心O到主焦点F间的距离叫焦距（用字母f表示）。每个 透镜有两个焦距。薄透镜两侧的媒质相同时，两个焦距相等。
1
2
3
4
5
平均值
数据处理——组合法
求凸透镜的焦距f及其不确定度
u
1
5
5
ui
i 1
注意：u 为负
v
1 5
5
vi
i 1
f uv u v
5
2
ui u
U A,u t
i1
n(n 1)
U B,u
仪 c
0.08 cm 3
UC,u
U
2 A,u
U
2 B,u
5
2
vi v
U A,v t
i1
n(n 1)
实验原理
3. 凸透镜焦距的测定 1) 自准法
将物AB放在凸透镜的前焦平
面上,这时物上任一点发出的
光束经透镜后成为平行光,由 A
平面镜反射后再经透镜会聚于
B
f
透镜的前焦平面上, 得到一个 B'
大小与原物相同的倒立实像
F
A′B′。此时, 物屏到透镜之间 A '
的距离就等于透镜的焦距f。
2）共轭法 物与像屏距离L大于4倍焦距，即
L1 L2
物屏
A
x
' 0
薄透镜焦距的测定物理实验报告
薄透镜焦距的测定物理实验报告一、实验目的1、掌握测量薄透镜焦距的几种方法。
2、加深对薄透镜成像原理的理解。
3、学会使用光学仪器进行测量和读数。
4、培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理1、薄透镜成像公式当薄透镜置于空气中时，其成像公式为：＄＼frac{1}｛u} ＋＼frac{1}｛v} ＝＼frac{1}｛f}＄，其中$u$为物距，＄v$为像距，＄f$为焦距。
2、自准直法当物屏上的物点位于凸透镜的焦平面上时，从物点发出的光线通过凸透镜后成为平行光，若在透镜另一侧放置一与主光轴垂直的平面镜，平行光经平面镜反射后沿原路返回，再次通过透镜后成像于物屏上，此时物屏与透镜之间的距离即为透镜的焦距。
3、物距像距法当物距和像距分别为$u$和$v$时，通过测量物距和像距，利用成像公式可计算出透镜的焦距$f$。
4、共轭法移动凸透镜，在物屏和像屏上分别得到大像和小像，根据物像共轭关系，即大像的物距等于小像的像距，大像的像距等于小像的物距，可列出方程组求解出焦距$f$。
三、实验仪器光具座、凸透镜、凹透镜、光源、物屏、像屏、平面反射镜等。
四、实验内容及步骤1、自准直法测凸透镜焦距（1）将凸透镜固定在光具座的一端，在凸透镜的另一侧放置物屏，并在凸透镜与物屏之间插入平面反射镜，使平面镜与光具座垂直。
（2）移动物屏，使物屏上的物点位于凸透镜的焦平面上，此时在物屏上会出现一个与物等大、倒立的清晰像。
（3）测量物屏与凸透镜之间的距离，即为凸透镜的焦距$f_1$，重复测量三次，求平均值。
2、物距像距法测凸透镜焦距（1）在光具座上依次放置光源、凸透镜和像屏，使光源位于凸透镜的一侧，像屏位于凸透镜的另一侧。
（2）移动凸透镜，使光源通过凸透镜在像屏上成清晰的像。
（3）分别测量物距$u$和像距$v$，根据成像公式计算出凸透镜的焦距$f_2$，重复测量三次，求平均值。
3、共轭法测凸透镜焦距（1）在光具座上依次放置光源、物屏、凸透镜和像屏，使物屏和像屏之间的距离大于$4f$。
实验十三薄透镜焦距的测定
实验十三薄透镜焦距的测定透镜是组成各种光学仪器的基本光学元件，焦距则是透镜的一个重要参数。
在不同的使用场合往往要选择合适的透镜或透镜组，这就需要测定透镜的焦距。
本实验通过不同的实验方法来研究薄透镜的成像规律，并确定其焦距。
一、实验目的要求1．学会调节光学系统使之共轴。
2．掌握测量会聚透镜和发散透镜焦距的方法。
3．验证薄透镜成象的理论公式。
二、仪器用具光具座、透镜夹、薄透镜(凸凹各一块)、光源、物屏、象屏，平面反射镜等。
三、实验原理透镜：是具有两个折射面的简单共轴球面系统。
薄透镜：是指它的厚度远比两个折射面的曲率半径和焦距小得多的透镜。
薄透镜的成像公式：在满足薄透镜和近轴光线的条件下，物距u ，像距v 和焦距f 之间的关系为：f v u 111=+（5-1）这就是薄透镜成像的公式，又称高斯公式。
并规定（5-1）式中，物距u ，实物为正，虚物为负；像距v ，实像为正，虚像为负；对凸透镜f 为正值，对凹透镜f 为负值。
（一）、凸透镜焦距的测定1、凸透镜的成像规律为：像的大小和位置是依照物体离透镜的距离而决定的（1）当u f >>时，极远处的物体经过透镜在后焦点附近成缩小的倒立实像。
（2）当u f >时，物体越靠近前焦点，像逐渐远离后焦点且逐渐变大。
（3）当u f =时，物体位于前焦点，像存在于无穷远处（4）当u f <时，物体位于前焦点以内，像为正立放大的虚像，与物体位于同侧，由于虚像点是光线反方向延长的交点，因此不能用像屏接收，只能通过透镜观察。
2、测定方法（1）自准直法光路图如下图所示。
当物体A 处在凸透镜的焦距平面时，物A 上各点发出的光束，经透镜后成为不同方向的平行光束。
若用一与主光轴垂直的平面镜M 将平行光反射回去，则反射光再经透镜后仍会聚焦于透镜的焦平面上，此关系就称为自准直原理。
所成像是一个与原物等大的倒立实像A ′。
所以自准直法的特点是，物、像在同一焦平面上。
自准直法除了用于测量透镜焦距外，还是光学仪器调节中常用的重要方法。
薄透镜焦距的测定
薄透镜焦距的测定一、实验目的1、加深理解透镜成像的原理2、学习几种测量薄透镜焦距的方法3、掌握简单光路的分析和调整方法二、实验原理在近轴光线成像条件下，薄透镜的成像规律可用公式1/u + 1/v = 1/f。
u 的正负取值规定实物为正，虚物为负。
v表示像距，实像为正，虚像为负。
f表示焦距，凸透镜f>0，凹透镜f<0。
1、自准直法测凸透镜焦距，如图①，P与L之间的局立即为焦距f2、共轭法测凸透镜焦距，如图②，物屏和像屏间的距离，D>4f，Q1Q2 = d，f = （D2-d2）/4D3、自准直法测凹透镜焦距，如图③，L2和Q1之间的距离极为凹透镜的焦距f4、物距相聚法测凹透镜焦距，如图④，u= Q2Q1，v=O2Q2，f=uv/(u+v)三、实验仪器光具座导轨、光具座、光源灯、物屏、像屏、平面镜、凸透镜、凹透镜四、实验步骤1、光学元器件的共轴调整，将全部的光学元器件放在光具座导轨上，目测，并调节使他们的中心在同一直线上；2、自准直法测凸透镜焦距：按图①，将平面镜M放在凸透镜L的后面，调节使物屏上成像最清晰，记录物屏坐标S0和透镜坐标S1，重复六次；3、共轭法测凸透镜焦距：按图②，使物屏与像屏间D>4f，记录物屏坐标S0和像屏坐标S0’，移动凸透镜，使像屏清晰成像，记录Q1、Q2坐标，重复六次；4、自准直法测凹透镜焦距，如图③，使物屏P与透镜L1的间距约等于2f，让平面镜M随凹透镜L2在导轨上缓慢移动，使物屏成像清晰，记录L2的坐标S2，移开L2，用像屏捕捉L1的实像，记录像屏坐标S0’，重复六次；5、物距像距法测凹透镜焦距，如图④，使物屏P与透镜L1间距约为L1焦距的3倍，移动L2和像屏，使成像清晰，记录L2坐标S2和像屏坐标S0’，移开L2，用像屏捕捉L1的实像，使成像清晰，记录此时像屏坐标S0’’，重复六次。
五、数据记录及处理1、自准直法测凸透镜焦距物屏位置S0 = 18.00cmf = │S1- S0│= 8.40cm2、共轭法测凸透镜焦距物屏S0 = 18.00cm，像屏S0’=58.00cmD = │S0’- S0│= 40.00cmd = │O1–O2│= 17.02cm f = (D2– d2)/4D = 8.19cm。
薄透镜焦距的测定实验报告
薄透镜焦距的测定实验报告薄透镜焦距的测定实验报告引言：薄透镜是光学实验中常用的光学元件之一，它具有将光线聚焦或发散的作用。
测定薄透镜焦距是光学实验中的一项基础实验，通过该实验可以了解薄透镜的光学特性和性能。
本实验旨在通过使用透镜公式和实验方法，测定薄透镜的焦距，并探讨实验误差的来源和解决方法。
实验材料与方法：实验所需材料包括一块薄透镜、一支光源、一块白纸、一把尺子和一台测距仪。
实验步骤如下：1. 将光源放置在透镜的一侧，确保光线垂直射向透镜。
2. 在光源的另一侧放置一块白纸，用于观察透镜成像。
3. 调整光源和白纸的位置，使得透镜成像清晰可见。
4. 使用尺子测量透镜与白纸之间的距离，并记录下来。
5. 移动光源和白纸的位置，再次测量透镜与白纸之间的距离，并记录下来。
6. 重复以上步骤多次，取平均值作为最终的测量结果。
实验结果与分析：根据实验所得的数据，我们可以使用透镜公式来计算薄透镜的焦距。
透镜公式为：1/f = 1/v - 1/u其中，f表示焦距，v表示像距，u表示物距。
通过实验测得的数据，我们可以计算出焦距的近似值。
在计算过程中，我们需要注意单位的一致性，确保计算结果的准确性。
由于实验误差的存在，我们可以通过多次实验取平均值的方法来减小误差的影响。
在实验中，我们还需要注意光线的均匀性和透镜的清洁程度。
不均匀的光线会导致成像模糊，影响实验结果的准确性。
而脏污的透镜表面会降低透镜的透光性，同样会影响实验结果。
实验误差的来源主要有两个方面：仪器误差和操作误差。
仪器误差是由实验仪器的精度和测量方法的限制所引起的，而操作误差则是由实验者在操作过程中不可避免的误差所导致的。
为了减小误差的影响，我们可以采取以下措施：1. 使用具有较高精度的测距仪和尺子，以提高测量的准确性。
2. 在实验过程中，尽量减少操作上的不确定性，保持实验条件的一致性。
3. 进行多次实验并取平均值，以减小随机误差的影响。
结论：通过本次实验，我们成功地测定了薄透镜的焦距，并通过透镜公式进行了计算和分析。
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表示已经共轴；若不重合，可先在小像中心作一记号，调节透镜高度，使
大像的中心趋向小像中心（大像追小像）。如此反复调节透镜高度，直至
大像的中心和小像中心完全重合。
多透镜系统,在物与单个凸透镜共轴后依次增加待调透镜，调节新增透 镜的高低左右使物的像仍在原处（在轴上）即可。
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光学实验
实验内容与步骤
则焦距为：
1 s'
1 s
1 f'
f
'
s's s s'
（1） （2）
注意:测得量须添加符 号，求得量则根据求 得结果中的符号判断
其物理意义。
其中 f ′为像方焦距；s′为像距；s为物距。各线距均从薄透镜中心(光心)量起， 与光线进行方向一致为正，反之为负。
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各光学元件同轴等高的调节
③保持凸透镜L１的位置不变，在L１与像屏之间放入凹透镜 L２ ，往后移动像屏，使屏上重新得到清晰的、倒立的、放大 的实像A″B″。
s′，④代记入录公凹式透镜L２的f 位' 求置s出s和'ssf' ′A。″B″的位置，算出物距s和像距
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景深
这两个成清晰象的屏的位置之差称为景深。
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景深:景深可作为像距的不确定度范围;
为了景深尽量小（小于5mm），测量时应使像为缩小像. 在利用公式计算焦距之前要先判断物距,像距的符号.
数据处理要求: 数据处理要求导出高斯公式,贝塞耳公式的误差
传递公式,并计算每一种方法测量薄透镜的焦距的 实验结果的不确定度,正确表示实验结果。
实验目的
1、掌握光具座（光学平台）的使用方法，学 会调节光学系统，使之共轴。
2、掌握薄透镜焦距的常用测定方法。
实验仪器
光学平台，发散透镜（f=-10cm），会聚 透镜(f=19cm)，像屛,平面反射镜，光源， 物屏，支架
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实验原理
图1 薄透镜成像
如图所示，在近轴光线的条件下，薄透镜成像的高斯公式为 ：
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3、自准直法测凸透镜焦距
注意区分物光经凸透镜内表面和平面镜反射后所成的 像，前者不随平面镜转动而移动
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4、由辅助透镜成像求凹透镜的焦距
①按上图所示，调节各元件等高共轴.
②暂不放入凹透镜，移动凸透镜L１ ，使像屏上出现清晰 的、倒立的小像A′B′，记下A′B′的位置。
薄透镜焦距的测量
1、物距像距法测凸透镜焦距
先粗略估计测量待测凸透镜焦距，使物和像屏之间的距离略
大于粗测焦距值的4倍，移动透镜，直到在像屏上看到清晰的像
为止，记录物距s与像距s′，由高斯公式 求出焦距f′。
f
'
s's s s'
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2、二次成像法（贝塞耳法）
毋须考虑透镜本身 的厚度，因此较准确
将光源、物屏、待测透镜和像屏依次放在光学平台上，进行各光学元
件同轴等高的粗调和细调。
粗调：用三角板辅助调整各元件的中心大致在与光学平台平行的同一条
直线上，并使物平面，像屏平面和透镜面相互平行且垂直光学平台。
细调： 利用共轭法调整，固定物屏和像屏的位置，使D > 4f，在物屏
与像屏间移动凸透镜，可得一大一小两次成像。若两个像的中心重合，即
条件： D 4 f '
运用物象的共轭对称性质，得到贝塞耳公式：
f ' D2 d 2 4D
（3）
①固定物屏与像屏之间的距离D,并测量D。 ②将透镜从靠近物屏往像屏方向移动，使屏上得到清晰的大像，记录 透镜的位置1。移动透镜至另一位置，使屏上得到清晰的小像再记录透 镜的位置2，从而算出d ，并由贝塞耳公式求出 f′。
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注意事项
数据处理中,应注意数据列表。
实验思考题
1．画出自准直（视差法）测量薄凹透镜的光路图，并 说明测量原理。
2．若待测薄凸透镜的焦距太长，无法用本次实验的方 学实验