大學物理實驗-透鏡焦距的測量及光學設計

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1、南昌大學物理實驗報告課程名稱：大學物理實驗（下）_____________實驗名稱：透鏡焦距的測量及光學設計學院：信息工程學院專業(yè)班級：學生姓名：學號：實驗地點：基礎實驗大樓B609座位號：實驗時間：第12周星期三下午三點四十五分_______一、實驗目的：1、觀察薄凸透鏡、凹透鏡的成像規(guī)律。2、學習光路的等高共軸和消視差等分析調(diào)節(jié)技術。3、學習幾種測量焦距的方法：如成像法、自準法、共軛法測凸透鏡焦距；成像法、自準法測凹透鏡焦距。1、觀察透鏡的像差。二、實驗目的：三、實驗儀器：光具座、凸透鏡、凹透鏡、光源、物屏、平面反射鏡、水

2、平尺和濾光片等。五、實驗數(shù)據(jù)及處理：（1）凸透鏡焦距的測定自準法：物A(cm)透鏡L(cm)焦距f(cm)厚透鏡39.7044.905.2039.7044.705.00薄透鏡39.7059.5019.8039.6059.8020.20厚透鏡f=f=125.2+5.0=5.10cm薄透鏡f=f=1219.80+20.20=20.00cm成像法：物A(cm)透鏡O(cm)像A’(cm)焦距f(cm)厚透鏡40.0046.7565.805.2240.0068.7075.454.42薄透鏡40.0068.80141.5023.8540

3、.00113.20141.5023.07厚透鏡f=f=125.22+4.42=4.82cm薄透鏡f=f=1223.85+23.07=23.46cm共軛法：物A(cm)透鏡O(cm)第一次透鏡O(cm)第二次像A’(cm)焦距f(cm)厚透鏡39.7047.9555.1063.705.4739.7047.3054.6563.705.44薄透鏡39.7070.5094.80127.1020.1639.7071.3095.00127.1020.24厚透鏡f=f=125.47+5.44=5.46cm薄透鏡f=f=1220.16+20.

4、24=20.20cm（2）凹透鏡焦距的測定成像法：物A(cm)輔助凸透鏡L1(cm)像A’(cm)被測凹透鏡L2(cm)像A’’(cm)焦距f(cm)厚透鏡39.7046.5065.7562.3567.25-11.1139.7047.7062.4558.7563.00-28.59薄透鏡39.7070.10127.20121.40140.50-8.3339.7071.70126.20118.80135.40-13.36厚透鏡f=f=-1211.11+28.59=-19.85cm薄透鏡f=f=-128.33+13.36=-10.8

5、5cm自準法：物A(cm)輔助凸透鏡L1(cm)像A’(cm)被測凹透鏡L2(cm)焦距f(cm)厚透鏡39.7058.6085.9081.70-4.239.7059.1084.0079.80-4.2薄透鏡39.7058.5079.7074.10-5.639.7058.7085.9080.30-5.6六、誤差分析：實驗誤差較大，主要是因為人眼觀察、成像清晰度會引起誤差。由于人眼對成像的清晰分辨能力有限，所以觀察到的像在一定范圍內(nèi)都清晰，主觀認為清晰程度沒有明顯差異，無法準確判斷。最終選取的清晰成像位置會偏離高斯像。從根源上出錯

6、。讀數(shù)也可能出現(xiàn)了問題。另外在做自準法測凹透鏡焦距時，出現(xiàn)了操作錯誤。七、思考題：1、如會聚透鏡的焦距大于光具座長度，試設計一個實驗，在光具座上能測定它的焦距。答：將平行光射入透鏡，在光具座面上放一面鏡子，反射透鏡過來的光。用一個光屏接收，觀察到光匯聚的最小光點，測出平面與距光屏的距離，再加上光具座的距離便是焦距。2、用共軛法測凸焦距有什么優(yōu)點？答：（1）像的清晰程度變化得更明顯，利于準確找到高斯像。（2）不需要準確確定凸透鏡光心的位置。3、若用成像法測焦距，進行多次測量，如何用作圖法求焦距？答：從物方焦點發(fā)出的任意光線經(jīng)透鏡

7、折射后必成為平行于光軸的光；平行于主軸射向透鏡的任意光線經(jīng)透鏡折射后必經(jīng)過像方焦點；過光心的光線經(jīng)透鏡折射后方向不變。在這三條基本光線中，只有任作兩條光線，即可求得像點。4、試證明，共軛法中，物與屏間的距離D＞4f。答：物屏和像屏間距D大于4F才有可能移動透鏡時在光屏上成兩次大小不同的像。由1/u+1/v=1/f（其中u,v,f分別代表物距，相距，焦距。）得f=u+fu/(u-f)，D=u+v=u*u/(u-f);對D求導得D'=(u*u-2uf)/[(u-f)*(u-f)]；令D'=0，得u=2f,Dmin=D(2f)=4f

8、，因為要呈放大縮小的像，故u>2f,D>4f.5、準直管測焦距的方法有哪些優(yōu)點？還存在哪些系統(tǒng)誤差？答：比較簡單，便于操作。準直管測焦距，物要放在透鏡焦點上。那么測試時，就是要測量物到光心的距離。需要讀出物點坐標，和光心坐標。如果透鏡光心和透鏡架底座讀數(shù)準線不共面，那么讀出來