實驗-薄透鏡焦距測定

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1、資料實驗一薄透鏡焦距的測定實驗?zāi)康模保畬W(xué)會調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)使之共軸。２．掌握測量薄會聚透鏡和發(fā)散透鏡焦距的方法。３．驗證透鏡成像公式，并從感性上了解透鏡成像公式的近似性。實驗儀器型光具座，底座及支架，薄凸透鏡，薄凹透鏡，平面鏡，物屏（可調(diào)狹逢組、有透光箭頭的鐵皮屏或一字針組），像屏（白色，有散射光的作用）。重點(diǎn)難點(diǎn)：1、按實驗操作規(guī)程規(guī)范操作。2、動手操作能力培養(yǎng)。德育滲透：1、培養(yǎng)學(xué)生愛護(hù)儀器，保護(hù)國家財產(chǎn)的意識。2、培養(yǎng)學(xué)生互相幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神教學(xué)方法1、講授法。2、演示法。3、學(xué)生分組實驗法布置作業(yè)：1、數(shù)據(jù)處理。2、誤差分析3、獨(dú)立完成實驗報告。4、預(yù)習(xí)下一

2、個實驗實驗原理１．共軛法測量凸透鏡焦距利用凸透鏡物、像共軛對稱成像的性質(zhì)測量凸透鏡焦距的方法，叫共軛法。所謂“物象共軛對稱”是指物與像的位置可以互移，如圖5－1—1（）所示。其中（）圖中處于物點(diǎn)的物體經(jīng)凸透鏡在像點(diǎn)處成像P，這時物距為，像距為。若把物點(diǎn)移到圖5－1—1（）中的點(diǎn)，那么該物體經(jīng)同一凸透鏡成像于原來的物點(diǎn)，即像點(diǎn)將移到圖5－1—1（）中的點(diǎn)。于是，圖5－1—１（）中的物距和像距分別是圖5－1—1（）中的像距和物距，即物距，像距。這就是“物像共軛對稱”。設(shè)（物屏和像屏之間的距離為）。根據(jù)上面的共扼法，如果物與像的位置不調(diào)換，那么，物放在處，凸透鏡L放在處，

3、所成一倒立放大實像在處；將物不動，凸透鏡放在處，所成倒立縮小的實像也在處，如圖5－1－2所示。由圖可知，或。于是可得方程組.資料解方程組得　　　?。?—１—１）該式是共軛法測量凸透鏡焦距的公式。由于是通過移動透鏡兩次成像而求得的，所以，這種方法又稱二次成像法。另外，從方程組中消去，得，，。當(dāng)有實根必須有　　　　　　　　（5—１—２）即物屏與像屏之間的距離大于或最少等于四倍的焦距，物才能通過凸透鏡二次成像。２．自準(zhǔn)直法測量凸透鏡焦距如圖５－１—３所示，當(dāng)以狹縫光源作為物放在透鏡的第一焦平面上時，由發(fā)出的光經(jīng)透鏡后將形成平行光。如果在透鏡后面放一個與透鏡光軸垂直的平面反

4、射鏡，則平行光經(jīng)反射，將沿著原來的路線反方向進(jìn)行，并成像在狹縫平面上。狹縫與透鏡之間的距離，就是透鏡的第二焦距。這個方法是利用調(diào)節(jié)實驗裝置本身，使之產(chǎn)生平行光以達(dá)到調(diào)焦的目的，所以稱自準(zhǔn)直法。３．用物距與像距法測量凹透鏡焦距由于對實物，凹透鏡成虛像，所以直接測量凹透鏡的物距、像距，難以兩全。我們只能借助與凸透鏡成一個倒立的實像作為凹透鏡的虛物，虛物的位置可以測出。凹透鏡能對虛物成實像，實像的位置可以測出。于是，就可以用高斯公式求出凹透鏡的焦距，如圖5—1—4所示。實驗內(nèi)容１．共軛法測量凸透鏡焦距（１）粗調(diào)，將光具座上的光具靠攏，調(diào)節(jié)高低左右；光心中心大致在同一高度和

5、一直線上。（２）細(xì)節(jié)，用共軛原理進(jìn)行調(diào)整，使物屏與像屏之間的距離，將凸透鏡從物屏向像屏緩慢移動，若所成的大像與小像的中心重合，則等高共軸已調(diào)節(jié)好，若大像中心在小像中心的下方，說明凸透鏡位置偏低，應(yīng)將位置調(diào)高；反之，則將透鏡調(diào)低；左右亦然。詳見光學(xué)實驗基礎(chǔ)知識。（３）讀出物屏所在位置，像屏所在位置p，填入自擬的表格中，求出。（４）移動凸透鏡，使像屏上呈現(xiàn)清晰的放大的倒立實像，記下此時的位置，繼續(xù)移動凸透鏡，使像屏上呈現(xiàn)清晰的縮小的倒立實像，記下此時的位置，求出。.資料重復(fù)上述步驟五次，共得四組數(shù)據(jù)，用（5—１—１）式計算出每組的值，求出的平均值。２．自準(zhǔn)直法測量凸透鏡

6、焦距（１）按圖5—1—3所示，在光具座上放置狹縫光源、平面鏡，并使它們之間的距離比所測凸透鏡的焦距大。在物屏和平面鏡之間放上被測量的凸透鏡。（２）適當(dāng)調(diào)節(jié)光路，使物屏發(fā)出的光通過透鏡后，由平面鏡再反射回去，并再次通過透鏡射向物屏。（３）在光具座上，前后移動凸透鏡，使物屏上產(chǎn)生倒立、等大、清晰的實像，當(dāng)共軸很好時，物與像完全重合，用紙片遮住平面鏡，清晰的像應(yīng)該消失。記下凸透鏡在導(dǎo)軌上的位置。重復(fù)步驟（3）五次，記錄物及透鏡所在的位置，計算出的平均值。３．用物距與像距法測量凹透鏡焦距（１）按圖5—１－４固定物屏的位置于處，并在其后的導(dǎo)軌上放置一凸透鏡，使像屏上成一倒立縮

7、小的實像。記下像屏位置。（通過凸透鏡也可成一個倒立放大的實像，但所成的縮小實像亮度、清晰度高，易準(zhǔn)確定位；另外，由于光具座尺寸的限制，所以，實驗中只能成縮小的實像。）（２）移動像屏的位置，重復(fù)（1）步驟五次，將測量6次所得的位置填入自擬的表格中。（３）在凸透鏡與像屏之間放上凹透鏡，的位置應(yīng)靠近一些，此時上倒立縮小的實像可能模糊不清，可將像屏向后移動，直至在處又出現(xiàn)清晰的像。重復(fù)找出、的位置六次，填入自擬的表中。（4）利用高斯公式計算出凹透鏡的焦距。（高斯公式具體用到這里、均為負(fù)值，若大，也大；，）思考題１．為什么要調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸？調(diào)節(jié)共軸有那些要求？怎樣調(diào)節(jié)？