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《薄透鏡焦距的測量實驗報告》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、一、實驗綜述1、實驗?zāi)康募耙螅?）了解對簡單光學(xué)系統(tǒng)進行共軸調(diào)節(jié)（2）學(xué)會用自準直法測量薄凸透鏡的焦距（3）學(xué)會用位移法測量薄凸透鏡的焦距（4）學(xué)會用物距-像距法測量薄凸透鏡的焦距（5）學(xué)會用物距-像距法測凹透鏡的焦距2、實驗儀器、設(shè)備或軟件光具座，凸透鏡，凹透鏡，光源，物屏，平面反射鏡，水平尺和濾光片等二、實驗過程（實驗步驟、記錄、數(shù)據(jù)、分析）（1）觀測依據(jù)1．自準直法測薄凸透鏡的焦距根據(jù)焦平面的定義，用右圖所示的光路，可方便地測出凸透鏡的焦距f=
2、xl-x0
3、2．物距——像距法測凸透鏡焦距在傍軸光線成像的情況下，成像規(guī)律滿足高斯公式如圖所示，式中u和v分別為物距和像
4、距，f為凸透鏡焦距，對f求解，并以坐標代入則有=(xo＜xL＜xi)xo和xL取值不變(取整數(shù))，xi取一組測量平均值。3．位移法測透鏡焦距(亦稱共軛法、二次成像法)如右圖所示，當物像間距D大于4倍焦距即D>4f時，透鏡在兩個位置上均能對給定物成理想像于給定的像平面上。兩次應(yīng)用高斯公式并以幾何關(guān)系和坐標代入，則得到xo和xi取值不變(取整數(shù))，xL1和xL2各取一組測量平均值。4．用物距-像距法測凹透鏡的焦距BF1XiXoXLA1A2A1A2B1F2AL1L2B!B2在上圖中：L1為凸透鏡，L2為凹透鏡，凹透鏡坐標位置為XL，F(xiàn)1為凸透鏡的焦點，F(xiàn)2為凹透鏡的焦點，AB為
5、光源，A1B1為沒有放置凹透鏡時由凸透鏡聚焦成的實像，同時也是放置凹透鏡后凹透鏡的虛物，坐標位置為XO，A2B2為凹透鏡所成的實像，坐標位置為Xi。對凹透鏡成像，虛物距u=XL-Xo，應(yīng)取負值(xL＜xo)；實像距v=Xi-XL為正值(xL＜xi)；則凹透鏡焦距f2為：＜0(凹透鏡焦距為負值!!!)xL取值不變，xo和xi各取一組測量平均值。（2）實驗步驟：1．自準直法測凸透鏡焦距如圖1布置光路，調(diào)透鏡的位置，高低左右等，使其對物成與物同樣大小的實像于物的下方，記下物屏和透鏡的位置坐標x0和xL。2．物距——像距法測凸透鏡焦距如圖2布置光路，固定物和透鏡的位置，使它們之間
6、的距離約為焦距的2倍；移動像屏使成像清晰；調(diào)透鏡的高度，使物和像的中點等高；左右調(diào)節(jié)透鏡和物屏，使物與像中點連線與光具座的軸線平行；用左右逼近法確定成理想像時，讀像屏的坐標。重復(fù)測量5次。3．用位移法進行共軸調(diào)節(jié)參照圖3布置光路，放置物屏和像屏，使其間距D>4f，移動透鏡并對它進行高低、左右調(diào)節(jié)，使兩次所成的像的頂部（或底部）之中心重合，需反復(fù)進行數(shù)次調(diào)節(jié)，方能達到共軸要求。4．位移法測焦距在共軸調(diào)節(jié)完成之后，保持物屏和像屏的位置不變，并記下它們的坐標x0和xi，移動透鏡，用左右逼近法確定透鏡的兩次理想位置坐標xL1和xL2。測量5次。5．用物距——像距法測量凹透鏡的焦距
7、，要求測三次。6．組裝顯微鏡并測其放大率。數(shù)據(jù)記錄和處理1．自準直法物和像的位置坐標x0（mm）677.5透鏡的位置坐標xL（mm）482.5根據(jù)公式：f=
8、xl-x0
9、=1952．物距——像距法物坐標x0=91.2mm透鏡坐標xL=482.5mmxi的測量平均值為871.9mm測量次數(shù)i像屏位置12345左逼近讀數(shù)xi￠（mm）857.2858.5859.5860.5860.5右逼近讀數(shù)（mm）902.1888.0883.2876.5873.0（mm）879.7873.3871.4868.2866.8測量結(jié)果用不確定度表示：==195.7(xo＜xL＜xi)上式中，xo
10、，xL，xi是直接測量量，f是間接測量量，合成不確定度傳遞公式為：直接測量量xo，xL，xi的合成不確定度sx0、sxL和sxi計算如下：因為x0和xL都只測量了一次，只有非統(tǒng)計不確定度，即sx0=sxL=ux0=uxL=D儀=0.58xi是多次測量量，其統(tǒng)計A類不確定度為=0.23(測量次數(shù)k為5次)非統(tǒng)計B類不確定度為uxi=D儀=0.58式中的D儀是光具座上米尺的儀器誤差。這里說明一點，在分析x0、xi和xL的非統(tǒng)計不確定度時，除了儀器誤差引起的不確定度外，為簡單起見，我們把儀器誤差取為Δ儀=1mm（按規(guī)定米尺應(yīng)為0.5mm），就不再計算讀數(shù)引起的不確定度了。xi
11、的合成不確定度為：=0.62這樣計算出來的焦距f不確定度的置信概率為68.3%。根據(jù)公式計算出△f=1.65所以用不確定值表示為：f=195.17+1.65(mm)3．位移法測量薄凸透鏡的焦距物坐標x0=91.2(mm）像坐標xi=769.0(mm）測量次數(shù)透鏡第一位置XL1(mm）透鏡第二位置XL2(mm）左逼近讀數(shù)右逼近讀數(shù)平均讀數(shù)左逼近讀數(shù)右逼近讀數(shù)平均讀數(shù)1290.1320.8305.45520.3549.2534.752295.3315.3305.3525.4545.3535.353298.2310.1304.155
