薄透镜成像及其焦距的测量
实验一 薄透镜焦距的测量 一、实验目的
1、通过实验进一步理解透镜的成像规律;
2、掌握测量透镜焦距的几种方法;
3、掌握和理解光学系统共轴调节的方法。
二、实验原理
1、 薄透镜成像原理及其成像公式
将玻璃等一些透明的物质磨成薄片,其表面都是球面或有一面为平面的就成
了透镜,有中央厚、边缘薄的凸透镜和边缘厚、中央薄的凹透镜两大类。称连接
透镜两球面曲率中心的直线叫做透镜的主光轴,透镜两表面在其主轴上的间距叫
透镜厚度。厚度与球面的曲率半径相比可以忽略不计的透镜称为薄透镜。薄透镜
两球面的曲率中心几乎重合为一点,这个点叫做透镜的光心。
实验中透镜两边媒质皆为空气。凸透镜亦称为会聚透镜,凹透镜亦称为发散透镜。
如图1所示,平行于凸透镜主光轴的一束光入射凸透镜,折射后会聚于主光轴上,
会聚的光线与主光轴的交点即为凸透镜的焦点,焦点到光心的距离为焦距。
如图2所示,平行于凹透镜主光轴的一束光入射凹透镜折射后成为发散光,发散
光线的反向延长线与主光轴的交点即为凹透镜的焦点,与凹透镜光心的距离为焦距。
在近轴光线条件下,薄透镜的成像公式为:
式中为物距, 为像距 为焦距,对于凸透镜、凹透镜而言,恒为正值,像为实像时为正,像为虚像时为负,对于凸透镜恒为正,凹透镜恒为负。
2、 测量凸透镜焦距的原理
(1) 自准法
位于凸透镜焦平面上的物体上(实验中用一个圆内三个圆心角为的扇
形)各点发出的光线,经透镜折射后成为平行光束(包括不同方向的平行光),
由平面镜反射回去仍为平行光束,经透镜会聚必成一个倒立等大的实像于原
焦平面上,这时像的中心与透镜光心的距离就是焦距(如图3) 。
(2) 共轭法(位移法)
由图4可见,物屏和像屏距离为(),凸透镜在、两个位置分别在像屏上成放大和缩小的像,由凸透镜成像公式可得: 成放大的像时,有
成缩小的像时,有
又由于
可得
3、 测量凹透镜焦距的原理
(1) 自准法
通常凹透镜所成的是虚像,像屏接收不到,
只有与凸透镜组合起来才可能成实像。凹
透镜的发散作用同凸透镜的会聚特性结合
得好时,屏上才会出现清晰的像,如图5
所示。测凹透镜焦距的自准法就成为测凸、
凹透镜组特定位置时的自准法了。
来自物点的光线经凸透镜成像于点,在和点间置一凹透镜和平面镜,仅移动使得由平面镜反射回去的光线再经、后成像于物点处。对于这时的和透镜组来说,点则为其焦点,在与间的光线也一定为平行光,对于来说,从反射回去的平行光线入射成虚象于点,即凹透镜的焦点,它与光心的距离就为该凹透镜的焦距。 (2)物距-像距法
将凹透镜与凸透镜组成透镜组,这就可以用成像法测凹透镜的焦距。如图6所示,来自物点的光线经过凸透镜成像于 点 ,在与点之间放入待测凹透镜,移动可在像屏上找到经透镜组所成的像,此时由于的发散作用,所成的像从处移至处。对于而言,假想将物放在处,则物发出的光线入射发散后反向延长相交于点(即成像于此),这里与即分别为物距和像距,利用透镜成像公式即可求出凹透镜的焦距。 三、实验装置
光具座,溴钨灯,凸透镜,凹透镜,
平面镜,物屏,白屏,二维架,三维调
节架,二维平移底座,三维平移底座,
通用底座,升降调节座。
四、实验内容
1、在光学平台上,调节实验中用到的
透镜,物的中心,像屏的中心使之位于
平行于光学平台的同一直线上,此即为
共轴调节。
(1) 粗调 让所需调整仪器彼此靠近,
通过眼睛观察和判断,将透镜、物、像屏的几何中心调至等高位置上,并使其所
在平面彼此平行,这就达到了彼此平行且中心等高。
(2) 细调 依靠仪器和光学成像规律来鉴别和调节。可以利用多次成像的方法,
即只有当物的中心位于光轴上时,多次成像时像的中心才会重合在一起。也可分
别利用自准法测凸透镜和凹透镜焦距的原理,调节透镜高低使得所成像与物互补
即中心重合。
2、用自准法测凸透镜的焦距。自准法测凸透镜焦距就是用平面镜取代像屏,调
整物与透镜的距离,直到在物屏上成一个清晰、倒立且与物等大的像(即像与物
互补形成一个完整的圆)。重复测量3次。
3、用共轭法测凸透镜的焦距。固定物屏与像屏之间的距离A ,粗略估计凸透镜焦距,使满足,但不宜过大否则成像不清,略大一些即可。在物屏
与像屏之间移动透镜,记下成放大像与缩小像时透镜的位置,算出两位置之差
的值。由共轭成像关系可得出计算焦距的公式。由和可算出 而不必测物距和像距,这样就避免了因凸透镜光心位置的不确定带来和的误差。取3个不同的,分别各测1次。
4 、用自准法测凹透镜的焦距,重复测量3次。
5 、用物距-像距法测凹透镜的焦距(测量时尽量用缩小的像),重复测量3次。 数据
记录
混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载
及处理:
凸透镜 凸透镜 凹透镜 凹透镜
(自准法) (共轭法) (自准法) (物距像距法)
备注:;
对物距像距法而言,;
对其它方法而言:; ; 四、思考题
1、凹透镜只能成虚像吗?在本次试验中能否找到凹透镜成实像的例子? 2、共轭法测凸透镜焦距时,物屏像屏间的距离A为什么要略大于四倍焦距? 3、物距像距法测凹透镜的焦距时为何要尽量用缩小的像来测量?豆丁网(DocIn)是全球优秀的C2C文档销售与分享社区。
豆丁允许用户上传包括 .pdf, .doc, .
ppt
关于艾滋病ppt课件精益管理ppt下载地图下载ppt可编辑假如ppt教学课件下载triz基础知识ppt
, .txt 在内的数十种格式的文档文件,并以Flash Player的形式在网页中直接展示给读者。简而言之,豆丁就如同文档版的Y
outube。现在每天都有数以万计的文档会上传到豆丁,正基于此,豆丁将致力构建全
球最大的中文图书馆。
豆丁努力使世界上任何人都能够自由地发挥他们的创造力。文档资料只通过少
数、单一的出版物来传播的时代已经结束。现在,互联网给文档资料提供了世界范围
内的传播渠道,豆丁希望能够给每个独立的文档持有者利用这个新机会的方法。现在,
我们为原创人群提供安全、自由、民主、便利的文档发布与营销平台。借助豆丁,你
可以为你的文档定价,并通过豆丁发表到不同博客、论坛、联盟中,进行广泛传播,
在分享的同时获得收入回报。
豆丁致力于构建全球领先的文档发布与销售平台,面向世界范围提供便捷、安全、
专业、有效的文档营销服务。包括中国、日本、韩国、北美、欧洲等在内的豆丁全球
分站,将面向全球各地的文档拥有者和代理商提供服务,帮助他们把文档发行到世界
的每一个角落。豆丁正在全球各地建立便捷、安全、高效的支付与兑换渠道,为每一
位用户提供优质的文档交易和账务服务。
现在,已经有成千上万的用户在豆丁上传Word、PDF、PPT等各种格式的文档,分享给全世界,每个月超过4000万的用户,会来豆丁浏览文档。 豆丁全球Alexa
排名已进入1500以内,并稳步攀升。