薄透镜焦距的测量
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。
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、加深对薄透镜成像原理的理解。
2、学习几种测量薄透镜焦距的方法。
3、掌握光学实验中的基本测量技术和数据处理方法。
二、实验原理1、薄透镜成像公式当光线通过薄透镜时，遵循薄透镜成像公式：＄＼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发出的光线经透镜折射后，变成平行光，若在透镜后面垂直于光轴放置一个平面反射镜，此平行光将沿原路返回，再次通过透镜后仍成像于物屏上的物点处。
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，代入薄透镜成像公式可求得焦距＄f$ 。
4、共轭法移动透镜，在物屏和像屏之间分别得到放大和缩小的清晰像。
根据光路可逆原理，两次成像时物距和像距互换，利用公式＄＼frac{u ＋ v}｛4}＄可计算出焦距。
三、实验仪器光具座、凸透镜、凹透镜、物屏、像屏、平面反射镜、光源等。
四、实验内容与步骤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，使物屏上的十字叉丝清晰可见。
（2）在凸透镜后面垂直于光轴放置平面反射镜。
（3）沿光具座移动物屏，直到在物屏上再次看到清晰的十字叉丝与原物大小相等、方向相反。
（4）记录此时物屏与凸透镜的位置，两者之间的距离即为凸透镜的焦距。
（5）重复测量三次，计算焦距的平均值。
2、物距像距法测凸透镜焦距（1）将凸透镜固定在光具座的中间位置。
（2）在凸透镜的一侧放置物屏，另一侧放置像屏。
（3）移动物屏和像屏，直到在像屏上得到清晰的像。
（4）记录物屏和像屏的位置，分别得到物距＄u$ 和像距＄v$ 。
（5）代入薄透镜成像公式计算焦距，并重复测量三次，计算平均值。
3、共轭法测凸透镜焦距（1）将物屏固定在光具座的一端，凸透镜放在光具座中间附近。
薄透镜焦距的测量-ccm
结果分析与讨论
根据实验数据，我们发现薄透镜的焦距与光源波长成反比关系，符合光学理论。 透镜材料的折射率对焦距也有显著影响，折射率越大，焦距越短。
透镜厚度对焦距的影响较小，在一定范围内可以忽略不计。
与理论值比较及偏差解释
将实验测量得到的焦距与理论计算值 进行比较，发现存在一定的偏差。
通过分析偏差产生的原因，我们可以提出 改进措施，如提高光源稳定性、采用更精 确的测量仪器等，以减小实验误差。
薄透镜焦距的测量ccm
• 引言 • 测量方法与步骤 • 测量误差分析 • 透镜焦距计算与优化 • 实验结果展示与讨论 • 总结与展望
目录
01
引言
目的和背景
研究薄透镜的成像规律，掌握 测量薄透镜焦距的方法和技能。
薄透镜在光学仪器、摄影等领 域应用广泛，了解其焦距对于 正确使用这些设备具有重要意 义。
距f。
计算结果分析与讨论
误差来源分析
在测量过程中，误差主要来源于测量工具精度、人为操作误 差、环境因素（如温度、湿度）等。为了提高测量精度，需 要选用高精度测量工具、规范操作流程并控制环境因素。
数据处理与结果分析
对测量数据进行处理和分析，可以采用多次测量取平均值、 绘制误差棒图等方法来减小误差并提高结果的可靠性。同时 ，还可以与其他测量方法进行比较，以验证结果的准确性。
04
透镜焦距像公式
1/f = 1/u + 1/v，其中f为焦距，u为物距，v为像距。通过测量物距和像距，可以计算 出焦距f。
焦距与曲率半径关系
对于薄透镜，其焦距f与透镜两面的曲率半径R1和R2有关，公式为f = (n-1) * (1/R1 1/R2)，其中n为透镜折射率。通过测量透镜两面的曲率半径和折射率，可以计算出焦
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
大物实验之薄透镜焦距的测量
实验结果较为准确，但存在一定的误差。
实验数据处理
通过多次测量求平均值，减小了误差对结果的影响。
误差来源分析
读数显微镜精度
读数显微镜的精度对实验结果有较大影响，是主 要误差来源之一。
光杠杆放置位置
光杠杆放置位置不准确会影响到光线折射角度， 从而影响焦距测量结果。
环境因素
环境中的温度、湿度和气流等因素也会对实验结 果造成一定影响。
分析实验过程中可能存在的误差 来源，如测量误差、读数误差等，
并评估其对实验结果的影响。
结果对比
将实验结果与标准值进行对比， 分析实验结果的偏差情况。
结论总结
根据实验结果和分析，总结实验 结论，并提出改进意见和建议，
为后续实验提供参考和借鉴。
05
实验结论与误差分析
实验结论
薄透镜焦距的测量方法
通过实验，我们掌握了使用光杠杆和读数显微镜测量薄透镜焦距 的方法。
光源与屏幕
光源
提供实验所需的光线，通常选用平行 光光源，例如激光器或聚光灯。
屏幕
用于接收透镜折射后的光线，并将其 聚焦成清晰的像。屏幕应具有足够的 尺寸和亮度，以便观察和测量。
米尺
米尺用于测量透镜与屏幕之间的距离 ，确保实验过程中测量数据的准确性 。
米尺应选用精度高、刻度清晰的测量 工具，以便于准确读取数据。
减小误差的方法
1 2
提高测量仪器精度
采用更高精度的测量仪器，可以减小误差。
多次测量求平均值
通过多次测量并求平均值，可以减小随机误差的 影响。
3
规范操作流程
严格按照操作流程进行实验，确保光杠杆放置位 置准确，避免环境因素的干扰。
THANKS
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。
薄透镜焦距的测量
(1)共轴调节 只有当各光学元件如光源，发光物，透镜等的主光轴重合时，薄透 镜成像公式在近轴光线的条件下才成立。如果用几个光学元件做实验，
应调节各个元件，使透镜的光轴共线且与光学平台平面平行，光轴垂直 通过非透镜元件的中心，这些步骤统称为共轴调节，方法如下：
a．粗调 在光学平台上使透镜、像屏中心大致都在平行于光学平台平面 的直线上，并使物屏、像屏的平面互相平行，且垂直于光学平台平面．
图35-1牛顿环的示意图及光路图 列越密，这些圆环就叫做牛顿环，如图35-1(c)所示．如在透射方向观 察，恰好相反．中心为亮斑，如图35—1(b)，明暗正好与(c)相反．
牛顿环是由光的干涉产生的，有透镜和平板玻璃之间有一层很薄的 空气层，通过透镜的单色光一部分在透镜在空气层的交界面上反射，另 一部分通过空气层在平板玻璃的上表面的反射，这两部分反射光符合相 干条件，将会产生干涉现象．
不规则的圆片．在确定干涉环的半径和确定干涉级数时不易做得准确，
因此，我们希望只测半径(或直径)之差 ．
设第个干涉暗环的级数 (为干涉级数的修正值)，第个干涉暗环的
级数为,由(35.5)式有
上式表明，任意两环半径平方差只与两个环的序数差有关，而与干涉级
数及环序数无关．实验中只要测出两个干涉暗环的半径和定出它们的序
圆心左边环的位置
环数 环的 位置
圆心右边环的位置
环数 环的 位置
五、 注意事项 1．使用读数显微镜，应避免回程差． 2．钠光灯点燃后，直到测量结束再关断电源，中途如果关灭,应在 十分钟后再开启。 六、思考与问答 1．实验中为什么要测量多组数据和分组处理所测数据? 2．为什么牛顿环离中心越近，条纹越疏?
在图35-1(a)中，设透镜的曲率半径为，离接触点任一距离处的空
测量薄透镜焦距的方法
测量薄透镜焦距的方法
测量薄透镜焦距的常用方法有以下几种：
1. 远点法：将一远处的物体放在薄透镜的前方，使其成像在透镜的另一侧，移动物体位置，直到得到最清晰的像。
此时，物体和像的距离之比即为薄透镜的焦距。
2. 近点法：将一近处的物体放在薄透镜的前方，移动物体位置，直到得到最清晰的像。
测量此时物体和像的距离之差，即为薄透镜的焦距。
3. 比例法：利用光屏和物体的位置与像的位置之比，可以利用几何光学的公式推导出薄透镜的焦距公式。
根据这个公式，可以根据已知的物体和像的距离，计算出薄透镜的焦距。
4. 自准法：将一个物体放在薄透镜的焦点处，此时得到的像将为无穷远，通过调整屏幕位置，使得屏幕与透镜的距离为薄透镜的焦距。
注意：在进行薄透镜焦距的测量时，需要保证光线的直线传播，并且尽量避免误差的产生。
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。
实验一 薄透镜焦距的测定实验报告
实验一 薄透镜焦距的测定实验目的1.学会调节光学系统使之共轴,并了解视差原理的实际应用;2.掌握薄透镜焦距的常用测定方法;实验仪器和用具光具座,会聚透镜,物屏,白屏,光源实验原理 详细见P39-41. 实验内容一 成像透镜法测透镜焦距 1 测量数据表1 物距、像距测量数据 单位：cm2 像方焦距标准不确定度的分析f ′的A 类标准不确定度为: )5=n (cm 15.0=)1-n (n )f ′-f ′(=)f ′(U ∑2iAB 类不确定度:cm 03.03cm05.03Δ=)f ′(U B ＝＝仪;f ′的总标准不确定度为: cm 15.0=)f ′(U +)f ′(U =)f ′(U 2B 2A C 故测得的透镜的像方焦距为:cm )15.0±94.14(=f ′. 二 透镜两次成像法测焦距 1 测量数据表2 物屏距离L 、透镜移动距离d 的测量数据 单位：cm2 像方焦距的标准不确定度的分析 f ′的A 类标准不确定度为: )5(02.0)1-()-()(∑2==''='n cm n n f f f U iAB 类不确定度:cm 03.03cm05.03Δ=)f ′(U B ＝＝仪(测量均匀分布取3=C );f ′的总标准不确定度为: cm 04.0=)f ′(U +)f ′(U =)f ′(U 2B 2AC 故,测得透镜的像方焦距为:cm )04.0±04.15(=f ′.实验结论误差主要来源于:一,光线并非严格的满足傍轴条件;二,存在视差,成最清晰像的位置很难测准;三,透镜、光屏支架的底座和平行轨道之间的接合不够光滑,接合处较松动，位置读数误差较大.采用多次测量求平均值可以减少误差,由测量的不确定度可以确定测量的误差在允许的范围之内.。
实验25 薄透镜焦距的测定
实验25 薄透镜焦距的测定教学目标重点与难点实验内容教学过程设计一。
讨论1．本实验介绍的测量薄凸透镜的方法有几种？请画出光路图。
本实验介绍的测量薄凸透镜的方法有：（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。
自准直法（2）物距像距法光路图如下图所示。
因为凸透镜可以成实像，所以可以测出物距u和像距v后，代入透镜成像公式即可算出凸透镜的焦距。
（３）贝塞尔法（共轭成像法）光路图如下图所示。
由凸透镜成像规律可知，如果物屏与像屏的相对位置l 保持不变，而且l >4f ，当凸透镜在物屏与像屏之间移动时，可实现两次成像。
透镜在x 1位置时，成倒立、放大的实像，；透镜在x 2位置时，成倒立、缩小的实像。
实验中，只要测量出光路图中的物屏与像屏的距离l 和透镜两次成像移动的距离d ，代入下式就可算出透镜的焦距。
224l d f l-=2． 如何测量凹透镜的焦距？凹透镜是发散透镜，所成像为虚像，不能用像屏接收。
为了测量凹透镜的焦距，常用辅助凸透镜与之组成透镜组，使能得到能用像屏接收的实像。
其测量原理如下光路图所示。
实物AB 经凸透镜L 1成像于A ′B ′。
在L 1和A ′B ′之间插入待测凹透镜L 2，就凹透镜L 2而言，虚物A ′B ′又成像于A ″B ″。
实验中，调整L 2及像屏至合适的位置，就可找到透镜组所成的实像A ″B ″。
因此可把O 2A ′看为凹透镜的物距u ，O 2A ″看为凹透镜的像距v ，则由成像公式可得 111u v f-+= （虚物的物距为负） u v f u v ⋅=- 由于u < v ，求出的凹透镜L 2的焦距f 为负值。
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、学习测量薄透镜焦距的几种方法。
2、加深对薄透镜成像规律的理解。
3、掌握光学实验中的基本测量和读数方法。
二、实验原理1、薄透镜成像公式当物距为＄u$，像距为＄v$，焦距为＄f$ 时，薄透镜成像满足公式：＄＼frac{1}｛u} ＋＼frac{1}｛v} ＝＼frac{1}｛f}＄。
2、自准直法测凸透镜焦距当物屏上的物点位于凸透镜的焦平面时，从物点发出的光线经过凸透镜后变成平行光，若在凸透镜的另一侧放置一个与主光轴垂直的平面镜，平行光经平面镜反射后原路返回，再次通过凸透镜后成像在物屏上，此时物屏到凸透镜的距离即为焦距。
3、物距像距法测凸透镜焦距当物距＄u$ 和像距＄v$ 都能直接测量时，利用成像公式可计算出焦距＄f$ 。
4、共轭法测凸透镜焦距设物与像屏的距离为＄L$，移动透镜，在屏上分别得到放大和缩小的像，两次成像时透镜移动的距离为＄d$，则凸透镜的焦距为＄f＝＼frac{L^2 d^2}｛4L}＄。
三、实验仪器光具座、凸透镜、凹透镜、物屏、像屏、光源、平面反射镜等。
四、实验步骤1、自准直法测凸透镜焦距（1）将光源、物屏、凸透镜、平面镜依次放在光具座上，调整它们的高度和共轴。
（2）移动凸透镜，使物屏上的物点发出的光经凸透镜和平面镜反射后在物屏上成像。
（3）记录此时物屏到凸透镜的距离，即为凸透镜的焦距。
2、物距像距法测凸透镜焦距（1）在光具座上依次放置光源、物屏、凸透镜和像屏，使它们共轴。
（2）固定物屏，移动凸透镜和像屏，直到像屏上得到清晰的像。
（3）分别测量物距＄u$ 和像距＄v$ ，重复测量多次，取平均值。
（4）根据成像公式计算出焦距＄f$ 。
3、共轭法测凸透镜焦距（1）将光源、物屏、凸透镜、像屏依次放置在光具座上，使它们共轴，并记下物屏和像屏的位置＄x_1$ 和＄x_2$ 。
（2）移动凸透镜，在像屏上得到一个清晰的放大像，记下此时凸透镜的位置＄x_3$ 。
测薄透镜焦距实验报告
一、实验目的1. 掌握测量薄透镜焦距的基本方法。
2. 学会调节光学系统的基本方法。
3. 了解调节系统共轴的重要性及方法。
二、实验原理薄透镜的焦距是指透镜中心到焦点的距离。
测量薄透镜焦距的方法主要有以下几种：1. 自准直法：利用透镜成像原理，当物距等于焦距时，物体通过透镜成像后，像与物体大小相等，且为实像。
通过测量物体与像的距离，即可计算出焦距。
2. 物距像距法：根据透镜成像公式，当物距u和像距v确定时，可以计算出焦距f。
公式为：1/f = 1/u + 1/v。
3. 贝塞尔法（位移法）：在物距大于4倍焦距的条件下，移动透镜位置，使像屏上出现两次清晰的像，一次为放大像，一次为缩小像。
测量透镜的位移量，根据物像的共轭对称性质，可以计算出焦距。
三、实验仪器1. 光具组（包括滑块、支架）2. 薄透镜3. 平面反光镜4. 白炽光源5. 狭缝架6. 物屏7. 刻度尺四、实验步骤1. 将灯光滑块固定，并将狭缝板滑块置于灯源前，记录狭缝板的位置。
2. 将透镜滑块置于狭缝板前，再将平面镜滑块置于透镜前，形成狭缝板-透镜-平面镜的顺序置于桌面上的刻度尺边缘，固定平面镜的位置。
3. 移动透镜的位置，直到反射到狭缝板上的像清晰为止，固定透镜位置，记录透镜位置。
4. 移动狭缝板的位置，固定后重复上一步骤，记录上三组数据。
5. 撤去平面镜，放上物象板，将狭缝板移回灯源前，调整灯源及狭缝板的位置，使得狭缝板上的像清晰。
6. 移动透镜的位置，使像屏上出现两次清晰的像，一次为放大像，一次为缩小像。
记录透镜的位置和像屏的位置。
7. 根据实验数据，计算透镜的焦距。
五、实验数据及结果1. 狭缝板位置：10cm2. 透镜位置与狭缝板距离：a. 第一次：20cmb. 第二次：25cmc. 第三次：30cm3. 物象板位置与透镜距离：a. 放大像：50cmb. 缩小像：75cm4. 计算透镜焦距：a. 自准直法：f = 10cmb. 物距像距法：f = 15cmc. 贝塞尔法：f = 20cm六、实验分析1. 通过实验，掌握了测量薄透镜焦距的基本方法，包括自准直法、物距像距法和贝塞尔法。
实验2 薄透镜焦距的测定
实验2 薄透镜焦距的测定引言透镜是光学一起种最基本的元件，反应透镜的主要参量是焦距，它决定了透镜成像的位置和性质（大小、虚实、倒立）。
对于薄透镜焦距测的准确度，主要取决于透镜光心点（像点）定位的准确度。
本实验在具座上采用几种不同方法分别测定凸、凹2种薄透镜的焦距，以便了解透镜成像规律，掌握光路调节技术，比较各种测量方法的优缺点，为今后使用光学仪器打下良好的基础。
一实验目的1.学会测量透镜焦距的几种方法。
2.掌握简单光路的分析和光学元件等高等共轴调节的方法。
3.进一步熟悉数据记录和处理方法。
4.熟悉光学实验的操作规则。
二实验原理1.凸透镜焦距的测定（1）粗略估算法：以太阳光或较远的灯光为光源，用凸透镜将其发出的光线聚成一光点，此时，s→∞，s’≈f’，即该点可以认为是焦点，而光点到透镜中心的距离，即为图透镜的焦距，此法测量的误差约在10%左右。
由于这种方法误差较大，大都用在实验前作粗略的估计，如挑选透镜等。
图2.1 薄透镜成像（2）利用物距像距法球焦距：当透镜的厚度远比其焦距小的多时，这种透镜称为薄透镜。
在近轴光线的条件下，薄透镜成像规律克表示为：f′s′+ fs=1 (2.1)当将薄透镜置于空气中时为：f’=-f=s′s(2.2)s−s′（2.2）式中，f’为像方焦距；f为物方焦距。
式中的各线距均从透镜中心量起，与光线进行方向一致为正，反之为负，如图2.1所示。
若在实验中分别测出物距s和像距f’。
但应注意：测得量须添加符号，求得量则根据求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。
（3）自准直法：如图2.2所示，在待测透镜L的一侧放置被光源照明的1字形物屏AB，在另一侧放平面反射镜M，移动透镜，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透镜折射后，将变为平行光线，然后被平面反射回来。
再经过透镜折射后，仍会聚在它的焦平面上，即原物屏平面上，形成一个与原物大小相等方向相反的倒立实像A’B’。
薄透镜焦距的测量实验报告
薄透镜焦距的测量实验报告薄透镜焦距的测量实验报告一、引言透镜是光学仪器中的重要组成部分，其焦距是透镜的重要光学参数之一。
透镜焦距的准确测量对于光学仪器的设计和制造具有重要意义。
本实验旨在通过薄透镜焦距的测量，掌握透镜焦距的测量方法，了解透镜成像的原理和规律，加深对光学仪器中透镜的认识和理解。
二、实验原理薄透镜焦距的测量可以通过物距-像距法来实现。
当物体位于透镜前方时，光线经过透镜后会形成一个清晰的实像。
此时，可以通过测量物体到透镜的距离（物距）和实像到透镜的距离（像距），并根据透镜成像公式计算出透镜的焦距。
透镜成像公式为：1/f=1/u+1/v，其中f为透镜焦距，u为物距，v为像距。
当物体位于透镜前方时，物距u为正数，像距v也为正数；当物体位于透镜后方时，物距u为负数，像距v也为负数。
因此，在计算透镜焦距时，需要考虑物距和像距的符号。
三、实验步骤1.搭建实验光路：将光源、光具座、透镜和光屏依次放置在实验台上，并调整它们的高度，使光线能够垂直通过透镜。
2.测量物距和像距：将物体放置在透镜前方，移动光屏，直到在光屏上观察到清晰的实像。
此时，测量物体到透镜的距离（物距）和实像到透镜的距离（像距）。
3.计算焦距：根据透镜成像公式，计算出透镜的焦距。
为了减小误差，需要进行多次实验，并求出焦距的平均值。
4.绘制光路图：根据实验数据，绘制出物体、透镜和实像之间的光路图。
四、实验结果与分析表1 实验数据记录表有一定的可行性和精度。
在本实验中，通过多次测量并计算焦距的平均值，可以得到较为准确的实验结果。
然而，由于实验过程中存在误差和不确定性，如光源和光屏的调整误差、测量误差等，因此实验结果仍存在一定的误差。
为了提高实验精度，可以采用更精确的测量仪器和方法，如使用显微镜观察实像的位置等。
根据实验数据绘制的光路图如下所示：图1 光路图五、结论本实验通过物距-像距法测量了薄透镜的焦距，掌握了透镜焦距的测量方法，了解了透镜成像的原理和规律。
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2. 用自准法测量凸透镜的焦距:
在物(屏)与平面镜之间缓慢移动凸透镜直到在屏上生成清
晰.明亮的与物等大的倒立实像。每次左移透镜. 右移透镜;
计录测量数据，求平均值。要求: 不改变物(屏)位置，测
量六次，结果以 f f f 表示。
精选
10
3. 用位移法测量凸透镜的焦距: 要求:在同一D值的条件下测六次,计录测量数据，用公式分 别计算出 f , 将 结果以 f f f 表示。
次成清晰缩小的实像 A2 B 2 。d 为透镜的位移。
L
L
B
A
o1
o2
d
u1 u2
V1
V2
D
用位移法测量凸透镜焦精距选 的光路图
M A 2 A1
B2
B1
6
由上图中几何关系可得：
11 1
1
1
u1 V1 u1 Du1 f
11 1
1
1
u2 V2 u1d Du1d f
11
1
1
u1 Du1 u1d Du1d
u1
1 2
Dd
D2 d2 f
4D
精选
7
(3) 用物距像距法测量凹透镜的焦距:
实物经凹透镜不能在屏上生成实像，可借助凸透镜给凹 透镜生成一个虚物，最后再由凹透镜生成一个实像。
B
L1
L2
M
o 2 A
A
A
o1
B
u
B
V
如图,在没有凹透镜时,物体AB 经凸透镜 L1 后生成缩小倒
立的实像 AB 。当 L 1 和AB 间插入凹透镜 L 2 后, 则AB
精选
1
一. 实验目的:
1. 学会简单光学系统的共轴调节。 2. 掌握几种测量薄透镜焦距的方法。
二. 实验原理:
1. 透镜简介：
a. 薄透镜是指其厚度远远小于两球面曲率半镜 的
透镜。 b. 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。凸透镜的焦
距为 正 f >0 。用它精观选 察物体，起放大作用。 2
16
c，物距-像距法测凹透镜的焦距
测量次数 物距u(cm) 像距v(cm) f uv uv 凹镜-虚物 像屏-凹镜
1
62.00 75.80 -13.80 105.80 62.00 43.80
-20.15
2
3
4
f (cm)
平均
f f
E
精选
f
17
思考题
• P28 (1)(2).
精选
d(cm)
U2(小）-u1（大）
f D2 d 2 4D
f (cm)
1
90.00 10.00 80.00 60.50 38.90 21.60
18.54
2
3
4
平均
f f
E
精选
f
15
4. 用物距像距法测量凹透镜的焦距:
要求: 凸透镜得到的虚物位置不变,插入凹透镜后,移动像屏得 到清晰放大的实像,测量出像距,记录测量数据。要求测量4
4. 用物距像距法测量凹透镜的焦距:
要求: 固定凸透镜的位置不变, 每次同时改变凹透镜
和像屏的位置,直到得到清晰放大的实像,测量出物距.
像距,计录测量数据。要求测量六次; 分别用公式计算
出 f , 将结果以 f f f 表示。
精选
11
2. 用自准法测量凸透镜的焦距:
在物屏(“1”字屏）与平面镜之间缓慢移动凸透镜直到在 屏上生成清晰、明亮且与物等大的倒像。要求:每次改变物 (屏)位置，测量4次，结果以 f f f表示。
次,每次改变凹注意： a. 作为凹透镜的虚物,凸透镜一定要生成缩小的 实像,读数后不变。
b. 选择凹透镜的物距u 值，在能成像的前提下尽 可能大。
原始数据要求每个表格至少算出两个 f, 签上自
己名字，交老师批改签字，数据处理Δf用平均误差
法计算, 应考虑仪器误差=精0选.05cm
便成为凹透镜 L 2 的虚物； 对 L 2 而言，物 距 uO2A 。
该虚物经凹透镜再成实像 AB精选，像距 VO2A。
8
由透镜成像公式得:
f uV n V
由于: uo, Vo, Vu;
故: f o
三. 实验内容:
1.光学系统的共轴调节:
调节光学系统共轴,是减小误差.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)的主光轴 重
注：1. 测量时记录的是位置，而不是长度 2. 读数时，统一标准：或从光具座左边或从右
边读 3.尽量把不动的物件如“1”字屏放在导轨的整
数部位，以便容易算出或估计出f
精选
12
a，自准法测凸透镜的焦距
测量次 数
1 2 3 4
透镜位置/cm
28.25
“1”屏位 置
/cm
10.00
焦距f f (cm) /cm
精选
3
2. 透镜成像公式:
在近轴光束的条件下,薄透镜的成像公式为:
1 1 1 f uV
u为物距, V为像距, f为焦距。
它们的正.负规定为:实物.实像时, u,V为正;
虚物.虚像时 u,V为负。凸透镜焦距为正；凹
透镜焦距为负。
3. 透镜焦距测量的方精法选 :
4
(1) 用自准法测量凸透镜的焦距: 由透镜成像公式, 当像距 V 时, u f , 即当物体
c. 凹透镜也称为负透镜或发散透镜,对光线起发 散作用;焦距越短,发散本领越大。凹透镜的焦距 为负，f < 0 。用它观察物体，起缩小作用。 d. 透镜的光轴: 通过透镜光心的直线叫透镜的光轴。 通过透镜光心, 且垂直两球面的直线叫透镜的主光 轴。其它通过透镜光心的直线皆为透镜的附光轴。
附光轴
主光轴
合。具体分两步进行： a. 粗调:将放置在光具座上的各光学元件靠拢在一起,用眼观
察,调节它们的中心在同一高精度选 ,且连线(光轴)平行于导轨。9
b. 细调:移动各光学元件,利用透镜成像规律,大小不同的像生在 不同位置,调节透镜的高底或左右位置,使这些大小不同的像 的中心在屏上的位置重合, 则说明光学系统已经共轴。
上各点发出的光经透镜后,变为不同方向的平行光,物距 即为焦距;也就是说物体正好处于透镜的焦平面上。
L
M
B
A
A
O
B
u=f
用自准法测量凸透精选镜焦距的光路图
5
（2）用位移法测量凸透镜的焦距：
当物体 AB与像屏 M的间距 D4f 时，透镜在 D 区间移
动,可在屏上两次成像，一次成清晰放大的实像 A1 B1 ,另一
18.25
平均
f f
E
精选
f
13
3. 用位移法测量凸透镜的焦距: 要求:在不同D值的条件下测4次,记录测量数据，用公式分 别计算出 f , 将 结果以 f f f 表示。
注： 1. 测量 4次每次变换D, 向大的方向变0.5或1cm
精选
14
b，位移法测凸透镜的焦距
测量次数 D(cm)
像屏- 物屏