用自准法测薄凸透镜焦距.doc

图1-2 自准法测薄透镜焦距光路图

实验一 用自准法测薄凸透镜焦距

一、实验目的

1、掌握简单光路的分析和调整方法

2、了解、掌握自准法测凸透镜焦距的原理及方法 3

、掌握光的可逆性原理测透镜焦距的方法 4、掌握光的可逆性原理的光路调节

二、实验原理

（一）光的可逆性原理

当发光点（物）处在凸透镜的焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。

光的可逆性原理：当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。 借此原理可测量薄凸透镜的焦距，实验原理见图1-1

图1-1

当物P 在焦点处或焦平面上时，经透镜后光是平行光束，经平面镜反射再经透镜后成像于原物P 处（记为Q ）。因此，P 点到透镜中心O 点的距离就是透镜的焦距 f 。

（二）自准法

如图1-2所示，将物AB 放在凸透镜的前焦面上，这时物上任一点发出的光束经透镜后成为平行光，由平面镜反射后再经透镜会聚于透镜的前焦平面上，得到一个大小与原物相同的倒立实像A ´B ´。此时，物屏到透镜之间的距离就等于透镜的焦距f 。

三、主要仪器及耗材

1：白光源S （GY-6A ） 6：三维调节架 (SZ-16) 2：物屏P （SZ-14） 7：二维平移底座 (SZ-02) 3：凸透镜L （f ′=190 mm ） 8：三维平移底座 (SZ-01) 4：二维架（SZ-07）或透镜架（SZ-08） 9-10：通用 5：平面镜M 底座（SZ-04）

四、实验内容和步骤

（一）实验内容

1、光学系统共轴的调节。

2、利用可逆性原理测薄透镜的焦距，分别记下P 和L 的位置a 1、a 2；则焦距为 ：12,a a f a -=

3、将透镜转过1800，记下P 和L 的位置b 1、b 2；则焦距为12,b b f b -=

4、综合焦距为：2

)

(,,,

b a f f f +=

（二）实验步骤

1、光路如图1-3所示，先对光学系统进行共轴调节，实验中，要求平面镜垂直于导轨；

2、移动凸透镜，直至物屏上得到一个与物大小相等，倒立的实像；

3、调M 镜，并微动L ，使像最清晰且与物等大（充满同一圆面积）；

4、分别记下P 和L 的位置a 1、a 2；

5、将P 和L 都转1800之后，重复做前4步；

6、记下P 和L 新的位置b 1、b 2；

7、计算：

1

2,a a f a -= ；

1

2,b b f b -=

2)(,,,

b a f f f +=

图1-3 实验装置图

五、数据处理与分析

1、实验数据记录表1-1，也可自拟表格；

2、按表格中所列各项利用高斯公式计算出透镜的焦距。求出f及f￣后计算标准误差写成f=f±△f形式；

3、分析实验结果，讨论误差形成原因。

表1-1 自准法单位：厘米

次数

a1a2b1b2 f n

1

2

3

平均值

f=__ ___±__ _cm E f=______%

六、实验注意事项

１、使用光学元器件要注意问题。例如，光学器件的镜面不要用手触及，光学器件易碎，要轻拿轻放，用完后光学器件要规整、整齐，放回原处等。

2、调共轴时，应先用目测粗调，调节速度可更快一点。

3、物面、透镜面、平面镜三个平面相互平行且垂直光轴。

4、注意读数应以器件的中心为标准。

七、思考题

1、自准法测凸透镜焦距时，实验条件是什么？成像特点是什么?

2、如果物是物体而不是一点，则如何作自准直法测透镜焦距的光路图，如何判断物像重合。

3、透镜转过180°后，所测焦距是否一样，为什么？

5、自准法有哪些应用？