平行光管研究性实验报告

北航物理研究性实验报告

专题：平行光管法测透镜焦距

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摘要

透镜是光学仪器中最基本、最重要的元件，它由透明材料做成。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。而焦距则是反映透镜特性的一个重要参数。本实验通过平行光管法来测量凸透镜以及凹透镜的焦距，并进行了数据处理以及不确定度计算，并以实验数据对误差的来源进行了定量分析。同时还给出了调节光路的经验总结与方法，并对现有实验仪器及实验方法提出了改进的意见。

关键词:平行光管透镜焦距改进仪器改进方案

Abstract

The lens is the most basic optical instruments, the most important element of Optical instruments, which is made of transparent material.Mastered lens laws of imaging, is an important basis for the understanding of the principles of optical instruments and proper use of optical instruments.And the focal length is an important parameter to reflect the characteristics of the lens.This experiment uses the parallel light tube method to measure the focal length of the convex lens and the concave lens, and does the data processing and Uncertainty calculation,And also does the quantitative analysis of the sources of error. Also given the

experience and methods to adjust the optical path, and put forward suggestions for improvement of the existing experimental apparatus and the experiment method.

Key words: parallel light tube focal length of the lens Improve instruments Improve method

一、实验目的

①掌握简单光路的调整方法——等高共轴调整；

②学习用平行光管法测量凸透镜以及凹透镜焦距；

③学习消除系统误差或减小随机误差的方法；

二、实验原理

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，并作等高共轴调节，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，即

111

+=

u v f

其中，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。对于薄透镜，均从光心开始算起。

平行光管是一种能发射平行光束的精密光学仪器，也是装校和调

整光学仪器的重要工具之一。它有一个质量优良的准直物镜，其焦距的数值是经过精确测定的。本实验所用f550平行光管，其物镜焦距约550mm（准确数值由厂家提供）。其光学系统主要结构如图一所示。

图一：1. 光源 2.毛玻璃 3.分划板 4.物镜在平行光管中，利用白炽灯作为光源1。由于灯丝发出的光不是均匀的面光源，因此需要通过毛玻璃2将其转换成均匀的面光源照射分划板。分划板3置于物镜4的焦平面上，因此，从物镜射出的光为平行光。更换不同的分划板，可以提供不同用途的测量。

【1】平行光管法测量凸透镜焦距

本实验利用物像之间的比例关系测量透镜的焦距。实验光路如图二所示。

图二测凸透镜焦距光路图图三玻罗分划板

将待测透镜

L置于平行光管物镜前，再将平行光管内的分划板3换成

1

刻有五组刻线对的玻罗分划板（见图二），玻罗分划板每对刻线的间距分别为20、10、4、2、1（单位：mm）。从图中几何关系可以看出

待测透镜的焦距

1

f为

'

1

10

=

y

f f

y

(1)

(1)式中，y 是在玻罗分划板上所选刻线对的实际间距；'1y是该刻线

对在透镜

1

L后焦面上所成像的间距；0f是平行光管物镜的焦距；

1

f

是待测凸透镜

1

L的焦距。

【2】平行光管法测量凹透镜焦距

本实验测量原理是将一焦距已知的凸透镜

1

L与待测凹透镜

3

L组成一伽利略望远镜系统，实验光路如图四所示。

图四测凹透镜焦距光路图

将待测透镜

3

L放在两个凸透镜

1

L和2L之间，当调节凹透镜的位置使

其后焦点与凸透镜

1

L的后焦点重合时，凸透镜

1

L与凹透镜

3

L便准确地组成伽利略望远镜，它们的出射光再次成为平行光，由几何关系有有

'''

23

=

y y

f f

又根据前述凸透镜焦距的测量原理，可知凸透镜2L的焦距2f满足：