凸透镜测焦距的方法

凸透镜测焦距的方法

凸透镜是光学仪器中常用的一种，具有聚光作用，可以将光束汇聚到一个点上。测量凸透镜焦距的方法有很多种，下面介绍其中两种常用的方法：

一、光屈法

1. 实验原理

凸透镜的焦距是指光线垂直于透镜主轴所成的折射光线都汇聚于一点，这点就是透镜的焦点。所以在光线垂直于透镜主轴的条件下，可以通过移动屏幕和透镜的位置，使得屏幕上的像清晰锐利，测得透镜到屏幕的距离即为焦距。

2. 实验步骤

（1）在透镜两侧的光路上分别放置光源和屏幕。

（2）用白纸遮住屏幕左侧，使光线只从透镜右侧射入，并调整高度，保证光线经过光源后垂直射向透镜。

（3）在屏幕右侧，离透镜很近的位置放置一个小的物体（如钉子）作为物点。

（4）移动屏幕的位置，找到一个屏幕上的清晰的像，将透镜沿主轴向左或向右移动，使屏幕上的像清晰锐利，记录下透镜到屏幕的距离，并测量透镜的厚度D。

3. 实验注意事项

（1）光源和屏幕要固定在同一个平面上。

（2）尽量保证光线垂直于透镜主轴。

（3）通过调整屏幕位置，使得像越小越清晰。

（4）测量时要记录下不同位置的数据以计算平均值。

二、自由空间法

凸透镜的焦距是指从透镜凸面到透镜焦点的距离，可以通过一束平行光线穿过透镜后在一点汇聚来测定。假设入射光线平行于透镜主轴，经过透镜后汇聚于主轴上某点，该点在焦点之上。设入射光线与主轴的交点为A，透镜某点为B，汇聚光点为C，焦点为F，垂直主轴的距离为h，AB=BC=D，AC=焦距f，则有如下关系式：

h/f = D/2f

即焦距f等于透镜到点B的距离。

（1）用白纸挡住光源的边缘，调节光源反射到透镜上的光线，使其平行于透镜主轴。

（2）调节透镜和屏幕位置，使透镜中心和物体、屏幕在同一直线上，且透镜与光源之间的距离大于透镜的焦距。

（3）在屏幕上找到一个清晰的像，测量透镜到屏幕的距离L。

（5）透镜的焦距f可以通过公式计算得到：

f = (D^2 - Ll)/4D

其中，D为透镜的厚度。

（2）凸透镜的中心和物体、屏幕在同一直线上。

（3）透镜与光源之间的距离要大于透镜的焦距。