0.实验 名称 测薄透镜的焦距 实验编号 0801015 实验课时 3 类别 必修(√) 限选( ) 任选( ) 类型 演示、验证( )综合、设计( √ ) 辅助教师 职称 授课对象 全校工科本科生、专科生 教材 讲义 王宏波等．大学物理实验(上)．东北林业大学出版社，2004 实验内容(教学过程) 备注 实验 目的 (1) 掌握测薄透镜焦距的几种方法； (2) 掌握简单光路的
分析
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和调整的方法； (3) 了解透镜成像原理，掌握透镜成像规律； (4) 进一步学习不确定度的计算方法。 实 验 方 法 原 理 (1) 自准法 当光(物)点在凸透镜的焦平面上时，光点发出的光线经过透镜变成平行光束，再经过在透镜另一侧的平面镜反射后又汇聚在原焦平面上且与发光点(物点)对称。 (2) 物距像距法 测出物距(u)与相距(v)代入公式：1/u +1/v=1/f 可求 f (3) 共轭法 保持物与屏的距离(L)不变,移动透镜，移动的距离为(e)，其中一次成放大像另一次成缩小像,放大像1/u + 1/v=1/ f ,缩小像1/(u+e)+1/(v-e)=1/ f ,由于 u+v=L ，所以f =(L2-e2)/4L 。 (4) 凹透镜焦距的测量 利用光路可逆原理，将凸透镜所成的实像作为凹透镜的物，即可测出凹透镜成实像的物距和像距，代入公式1/u + 1/v=1/f 可求出焦距 f。 实验 装置 光具座一台，照明光源，凸透镜，凹透镜，平面镜，物，屏各一个。 实验 准备 检查实验装置配件是否齐备，特别是照明光源是否工作正常。 实验 步骤 本实验为简单设计性实验，具体实验步骤由学生自行确定，必要时课建议学生按照实验原理及方法中的顺序作试验。要求学生自行设计的能直接反映出测量结果的数据MATCH_
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_1716327392349_0表格。 数 据 处 理 (1) 自准法，物距像距法，则凹透镜焦距三个试验将所测数据及计算结果填写在自行设计的表格中。 (2) 对共轭法的测量数据及处理实例 测量数据记录表 O1 O2 e=o2-o1 f=(L2-e2)/4L f O1左 O1右 O1 O2左 O2右 O2 52.43 52.90 52.67 98.00 99.00 98.50 45.83 19.82 19.69 53.50 52.70 53.10 97.98 99.20 98.59 45.49 19.92 51.67 52.89 52.28 99.00 99.50 99.25 46.97 19.52 52.70 52.90 52.80 98.80 99.21 99.01 46.21 19.64 51.30 52.80 52.05 98.60 98.90 98.75 46.70 19.59 52.34 52.80 52.57 98.34 99.10 98.72 46.15 19.70 ① 不确定度的计算过程: uA(e)= 0.047 cm = 0.30 cm u(e)= = 0.31 cm u(L) = 0.30 cm 所以 u( f )=0.368×10-2×19.683cm=0.072cm U =2u( f )=0.145cm=0.1cm ② 最后表达式:f = (19.7±0.1) cm 1. 你认为三种测量凸透镜焦距的方法，哪种最好?为什么? 答：共轭法最好，因为这个方法把焦距的测量归结为对可以精确测定的量L和e的测量，避免了在测量u和v时，由于估计透镜光心位置不准确所带来的误差。 2. 由 推导出共轭法测f的标准相对合成不确定度传递公式。根据实际结果，试说明uB(L)、uB(e)、uA(e)哪个量对最后结果影响最大?为什么?由此你可否得到一些对实验具有指导性意义的结论? 答：uA(L)对最后结果影响最大，因为L为单次测量量。对O1、O2的测量时，要采用左右逼近法读数。 3. 测量凹透镜焦距f和实验室给出的f0，比较后计算出的E值（相对误差）一般比较大，试分析E大的原因? 答：E较大的原因可能是因为放入凹透镜后所成像的清晰度很难确定，即像的聚焦情况不好，从而导致很难测出清晰成像的位置。 4. 在测量凸透镜的焦距时，可以利用测得的多组u、v值，然后以u+v作纵轴，以u·v作横轴，画出实验曲线。根据式(3-15-1)事先推断一下实验曲线将属于什么类型，怎样根据这条曲线求出透镜的焦距f? 答：曲线是直线，可根据直线的斜率求出f，f=1/k，因为1/f=1/u+1/v，即 ，故可有f=1/k。 5. 测量凸透镜的焦距时，可以测得多组u、v值，以v/u(即像的放大率)作纵轴，以v作横轴，画出实验曲线。试问这条实验曲线具有什么形状?怎样由这条曲线求出透镜的焦距f ? 答：曲线是直线，在横轴上的截距就是f。
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