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：

f

v u 111=+ 即 v

u uv

f +=

'-------------------（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。

L

d L f 42

2-='-------------------------（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 。代入公式（1）即可求出凹透镜的焦距。

四、［实验步骤及操作方法］

1．将照射光源、物屏、待测透镜和像屏依次放在光学平台上，然后调节各光学元件的光轴，使之共轴，并平行于基线。

① 粗调：将所有的光学元件放在光具座上，并将它们尽量靠拢，用眼睛粗调进行观察，使各元件的中心大致在同一直线上，使物平面、像平面、透镜平面相互平行，且垂直于光轴。 ② 细调：依靠成像规律进行细调。若物中心、透镜中心、像屏中心在同一直线上，则再固定物、像屏，而移动透镜时所成的像中心应不变。此时可通过调节光屏和透镜高低来实现，即成小像时，调节光屏，使其中心与像中心重合，成大像时，调透镜的高低、左右，使物的中心与屏中心重合，反复调节，便可调好。

2．用自准直法测凸透镜焦距（只做不记录数据）

把一被光源照明的物屏和平面镜放在待测透镜的二测，然后移动透镜的位置，直到在物屏上观察到清晰的倒立的与物一样大小的实像。这时物屏到透镜的距离就是待测透镜的焦距。

3．用物距、像距法测凸透镜的焦距。（记录数据）

用具有梅花形孔的金属屏为物，用准单色光照明，使物体与像屏间隔一定距离，移动待测透镜，直至像屏上呈现出物体的清晰像。记录物、像及透镜的位置，计算f 。改变屏的位置，重复三次，求其平均值。

4．两次成像法测凸透镜焦距（记录数据）

将物屏与像屏固定在大于4f 的位置，测出它们之间的距离d ，移动透镜，使屏上得到清晰的物像，记录透镜的位置。移动透镜至另一位置，使屏上又得到清晰的物像，再记录

透镜的位置，由公式L

d L f 42

2-=计算出f . 改变屏的位置，重复三次，求其平均值。

5．测定凹透镜的焦距（记录数据）

先用f70的凸透镜成一清晰的实像（显示在接收屏上，这个像就是待测凹透镜的虚物），将待测凹透镜置于凸透镜与像屏之间，记录凹透镜与像屏的位置（这个距离就是物距），移动像屏可找到通过凹透镜的实像，记录这个像的位置，它与凹透镜的距离就是像矩。

五、［注意事项］（不需要写在实验报告） 1. 光源距物不能太远。

2. 为了减少误差，可由近向远和由远向近移动像屏去探测像的位置，并取用两位置的平均

值为像的位置。 3. 计算f 时，u 与v 为代数量，注意正负号的选取。 4. 测凹透镜时用70 的凸透镜会聚光束。

六、［实验记录与数据处理］

1

测量结果报告：凸透镜焦距f=（）mm ，相对误差= %

测量结果报告:，

七．实验总结