测量薄透镜焦距的方法[最新]
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<
表
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示:
111,, (1) uvf
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。对于薄透镜,公式中u、v和f均从透镜的光心算起
1.自准直法
(1)自准直法测量凸透镜的焦距
如图1所示,当小孔A处于透镜L的前焦面时,光经过透镜成为平行光,若在此平行光经过的光路上放一个与透镜光轴垂直的平面反射镜M,其反射光将沿原光路返回至小孔。小孔的像与小孔反向等大,小孔与透镜的距离即为透镜焦距f。这种利用调节装置本身使之产生平行光来实现调焦的方法称为“自准直”法。显然,在小孔上方的某点,在自准直时,其像应处于小孔下方的对称位置;反之亦然。
(2)自准直法测量凹透镜的焦距
因为凹透镜是发散透镜,所以要由它获得一束平行光,必须借助于一个凸透镜才能实现,如图2所示。先由凸透镜L1将小孔A成像于S′处,然后将待测凹透镜L2和平面反射镜M置于凸透镜L1和小孔像S′之间。如果L1光心O1到S′之间的距离O1 S′,| f2|,则当移动L2,使L2的光心O2到S′之间的距离O2S′=| f2|时,由小孔A发出的光束经过L1、L2后变成平行光,通过平面反射镜M的反射,又在小孔处成一清晰的实像,于是确定了像点和凹透镜的光心的位置就能测量出凹透镜的焦距f2。
2.共轭法测量凸透镜的焦距
设凸透镜的焦距为f,使物与屏的距离L>4f并保持不变,如图3所示。移动透镜至x1处,在屏上成放大实像,再移至x2处,成缩小实像。令x1和x2间的距离为a,物到像屏的距离为b,根据共轭关系有u2= v1,v2= u1。由式(2)和图3所给出的几何关系,可导出:
22ba,f, 4b
实验测出a和b就可求出焦距f。此方法的优点是不必测物距u和像距v,从而避开了u、v因透镜中心不易确定而难以测准的困难。
3.物距像距法
(1)物距像距法测量凸透镜的焦距
物体发出的光,经过凸透镜折射后将成像在凸透镜的另一侧,将测出的物距和像距带入透镜成像公式(1)即可算出凸透镜的焦距,图略。
(2)物距像距法测量凹透镜的焦距
如图4所示,先用凸透镜L1使物AB成缩小倒立的实像A′B′,然后将待测凹透镜L2置于凸透镜L1与像A′B′之间,如果O2A′,| f2|,则通过L1的光束经过L2的折射后,仍能成一实像A″B″。但应注意,对凹透镜来说,A′B′为虚物,物距u2= -O2A′,像距v2= O2A″,代入成像公式(3)即可计算出f2。
,, f,uv/u,v22222
4.平行光管法
参见实验报告。
5.用测节器测量。