平行光管測(cè)量透鏡焦距的誤差分析與儀器改進(jìn)

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1、平行光管測(cè)量透鏡焦距的誤差分析與儀器改進(jìn)平行光管測(cè)量透鏡焦距的誤差分析與儀器改進(jìn)第一作者13051152陳鐘鳴第二作者13051155郭啟越2014年12月7日11平行光管測(cè)量透鏡焦距的誤差分析與儀器改進(jìn)摘要：平行光管是一種能發(fā)射平行光束的精密儀器，也是裝佼和調(diào)整光學(xué)儀器的重要工具。本文針對(duì)使用平行光管進(jìn)行透鏡測(cè)量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行誤差的定量分析，并且提出有助于提高實(shí)驗(yàn)儀器人性化的改進(jìn)裝置。關(guān)鍵詞：平行光管透鏡焦距儀器改進(jìn)誤差分析Abstract：Parallellightpipeisakindofparallelbeamcanlaunchpreci

2、sioninstrument,isalsoanimportanttoolforradianceandadjusttheopticalinstrument.Thisarticleinviewofthelensofparallellightpipeisusedtomeasuretheexperimenterrorofquantitativeanalysis,andputforwardtoimprovetheexperimentinstrumenthumanisticrefinements.Keywords:parallellighttubefoc

3、allengthofthelensImproveinstrumentsTheerroranalysis11平行光管測(cè)量透鏡焦距的誤差分析與儀器改進(jìn)一、實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)①掌握簡(jiǎn)單光路的調(diào)整方法——等高共軸調(diào)整②學(xué)習(xí)測(cè)量方法中消除系統(tǒng)誤差或減小隨機(jī)誤差的方法③掌握平行光管法測(cè)透鏡焦距的方法二、實(shí)驗(yàn)原理薄透鏡是指透鏡的中心厚度d遠(yuǎn)小于其焦距f（d<

4、光軸上，使入射到透鏡的光線與主光軸的夾角很小。在近軸光線條件下，薄透鏡的成像規(guī)律可用下式表示，即其中，u為物距，實(shí)物為正，虛物為負(fù)；v為像距，實(shí)像為正，虛像為負(fù)；f為焦距，凸透鏡為正，凹透鏡為負(fù)。對(duì)于薄透鏡，均從光心開始算起。平行光管是一種能發(fā)射平行光束的精密光學(xué)儀器，也是裝校和調(diào)整光學(xué)儀器的重要工具之一。它有一個(gè)質(zhì)量?jī)?yōu)良的準(zhǔn)直物鏡，其焦距的數(shù)值是經(jīng)過(guò)精確測(cè)定的。本實(shí)驗(yàn)所用f550平行光管，其物鏡焦距約550mm（準(zhǔn)確數(shù)值由廠家提供）。其光學(xué)系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖所示1.光源2.毛玻璃3.分劃板4.物鏡11平行光管測(cè)量透鏡焦距的誤差分析與儀器改進(jìn)實(shí)

5、驗(yàn)一測(cè)量凸透鏡的焦距本實(shí)驗(yàn)利用物像之間的比例關(guān)系，測(cè)量透鏡的焦距。實(shí)驗(yàn)光路如下圖所示將待測(cè)透鏡置于平行光管物鏡前，再將平行光管內(nèi)的分劃板換成刻有五組刻線對(duì)的波羅分劃板，波羅分劃板每對(duì)刻線的間距非別為20,10,4,2,1（mm）從圖中幾何關(guān)系可知待測(cè)透鏡的焦距為①式①中y是波羅分劃板上所選刻線對(duì)的實(shí)際間距，是該刻線對(duì)在透鏡后焦面上所成像的間距，是平行光管物鏡的焦距，是待測(cè)凸透鏡的焦距11平行光管測(cè)量透鏡焦距的誤差分析與儀器改進(jìn)實(shí)驗(yàn)二測(cè)量凹透鏡的焦距測(cè)量原理是將一焦距已知的凸透鏡與待測(cè)凹透鏡組成一個(gè)伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)光路如下圖所示將待測(cè)凹透

6、鏡放在兩凸透鏡和之間，當(dāng)調(diào)節(jié)凹透鏡放在兩凸透鏡和之間，當(dāng)調(diào)節(jié)凹透鏡的位置使其后焦點(diǎn)與凸透鏡的后焦點(diǎn)重合時(shí)，凸透鏡與凹透鏡便準(zhǔn)確的組成伽利略望遠(yuǎn)鏡，他們的出射光線再次成為平行光，由幾何關(guān)系得又根據(jù)前述凸透鏡焦距的測(cè)量原理，可知凹透鏡的焦距，滿足②由式①式②得或③式中，是玻羅分劃板上某刻線對(duì)經(jīng)凸透鏡成像后的間距；是該刻線對(duì)經(jīng)、、透鏡組成像后得到的間距；是凸透鏡的焦距。11平行光管測(cè)量透鏡焦距的誤差分析與儀器改進(jìn)三、實(shí)驗(yàn)儀器光具座、凸透鏡、凹透鏡、光源、屏、叉絲分劃板、平行光管（含十字叉絲、波羅分劃板）、測(cè)微目鏡、半導(dǎo)體激光體、凸面鏡、凹面鏡、平面

7、反射鏡。四、主要步驟（1）等高共軸調(diào)節(jié)本實(shí)驗(yàn)中各元件的等高共軸調(diào)節(jié)極為重要，特別是測(cè)凹透鏡焦距時(shí)，若共軸調(diào)節(jié)不準(zhǔn)，就可能觀察不到成像。本實(shí)驗(yàn)等高共軸調(diào)節(jié)思路如下：①目測(cè)粗調(diào)各光學(xué)元件等高共軸。將各光學(xué)元件靠攏在一起，調(diào)節(jié)他們高低左右的位置，憑目測(cè)使它們的中心大致在一條與導(dǎo)軌平行的直線上，元件平面與導(dǎo)軌垂直。②利用細(xì)激光束的高準(zhǔn)直特性進(jìn)行細(xì)調(diào)。在平行光管的焦平面上放置十字叉絲分劃板，讓激光束照射叉絲中心，并從平行光管物鏡中心出射，此時(shí)可以在物鏡后的白屏上觀察到十字叉絲的衍射圖案，沿導(dǎo)軌移動(dòng)白屏，觀察屏上激光光點(diǎn)的位置是否改變，相應(yīng)的調(diào)節(jié)激光和平

8、行光管的方向，直至移動(dòng)白屏?xí)r光點(diǎn)位置不再發(fā)生變化，至此激光光束與導(dǎo)軌平行；然后逐個(gè)放入其他光學(xué)元件的方位，按照光軸上的物點(diǎn)仍應(yīng)成像在光軸上的原理，使之沿導(dǎo)軌移動(dòng)的過(guò)