平行光管法測(cè)薄透鏡焦距-研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、北京航空航天大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告課題名稱平行光管法測(cè)薄透鏡焦距院系能源與動(dòng)力工程學(xué)院第一作者第二作者第三作者基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告15北京航空航天大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告目錄摘要3關(guān)鍵詞31.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2.實(shí)驗(yàn)原理31)測(cè)量凸透鏡焦距42)測(cè)量凹透鏡焦距53.實(shí)驗(yàn)儀器54.實(shí)驗(yàn)步驟61)等高共軸調(diào)節(jié)62)測(cè)量凸透鏡焦距63)測(cè)量凹透鏡焦距65.數(shù)據(jù)記錄71)測(cè)量凸透鏡的焦距f172)測(cè)量凸透鏡的焦距f273)測(cè)量凹透鏡的焦距f376.數(shù)據(jù)處理81)測(cè)量凸透鏡的焦距f182)測(cè)量凹透鏡的焦距f397.誤差分析108.討論111)對(duì)誤差來(lái)源的進(jìn)一步分析112)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)建議123

2、)對(duì)教學(xué)改革的建議1315北京航空航天大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告9.實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)14參考文獻(xiàn)13摘要透鏡是光學(xué)儀器中最重要、最基本的元件，一般由玻璃、塑料透明材料制作而成。常用的透鏡主要有凸透鏡與凹透鏡兩大類。焦距是反映透鏡特性的一個(gè)重要參數(shù)，因此準(zhǔn)確測(cè)量透鏡的焦距則顯得很重要。實(shí)驗(yàn)室測(cè)量透鏡焦距的方法有自準(zhǔn)直法、物距像距法、共軛法、平心光管法。本文將利用平行光管法測(cè)量?jī)煞N透鏡的焦距，并對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差作簡(jiǎn)單分析，同時(shí)還給出了我們對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及儀器改進(jìn)方面的建議。關(guān)鍵詞薄透鏡焦距、等高共軸調(diào)節(jié)、平行光管1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）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)用平行光管法測(cè)量

3、凸透鏡以及凹透鏡焦距；（3）學(xué)習(xí)消除系統(tǒng)誤差或減小隨機(jī)誤差的方法；2.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、透鏡，公式中u、v、f均從光心開始算起。下面就來(lái)介紹一下平行光管。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，其焦距是經(jīng)過(guò)精確測(cè)定的。本實(shí)驗(yàn)所用的是f550平行光管，其物鏡焦距約為550mm（準(zhǔn)確數(shù)值由廠家提供）。起光學(xué)系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。1—光源；2—毛玻璃；3—分劃板；4—物鏡圖1-1平行光管光學(xué)結(jié)構(gòu)圖在平行光管中，利用白熾燈作為光源1，由于燈絲發(fā)出的光不是均勻的面光源，因此需要通過(guò)毛玻璃2將其轉(zhuǎn)換成面光源照射到分劃板上。分劃板3置于物鏡4的焦平面上，因此，從物鏡射出的光為平行光。配用不同的分劃板，連同測(cè)微目鏡頭

5、，或顯微鏡系統(tǒng)，則可以測(cè)定透鏡組的焦距，鑒別率，及其他成像質(zhì)量。1)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)光路圖如圖1-2所示。將待測(cè)透鏡L1置于平行光管物鏡前，再將平行光管內(nèi)的分劃板3換成刻有五組刻線對(duì)的玻羅分劃板（見圖1-3），玻羅分劃板每對(duì)刻線的間距分別是20、10、4、2、1（單位：mm）。從圖中的幾何關(guān)系可以看出待測(cè)透鏡的焦距f1為f1=y1'y·f0（1.1）15北京航空航天大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告式中，y是在玻羅分劃板上所選刻線對(duì)的實(shí)際間距；y1'是該刻線對(duì)在透鏡L1后焦面上所成像的間距；f0是平行光管物鏡的焦距；f1是待測(cè)凸透鏡L1的焦距。圖1-

6、2測(cè)量凸透鏡焦距的光路圖圖1-3玻羅分劃板1)測(cè)量凹透鏡的焦距本實(shí)驗(yàn)的測(cè)量原理是將一焦距已知的凸透鏡L1與待測(cè)凹透鏡L3組成伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)光路如圖1-4所示。將待測(cè)凹透鏡L3放在兩凸透鏡L1和L2之間，當(dāng)調(diào)節(jié)凹透鏡的位置使其后焦點(diǎn)與凸透鏡L1的后焦點(diǎn)重合時(shí)，凸透鏡L1與凹透鏡L3便準(zhǔn)確地組成伽利略望遠(yuǎn)鏡，它們的出射光再次成為平行光，由幾何關(guān)系有y''f2=y1'f3（2.1）又根據(jù)前述凸透鏡焦距的測(cè)量原理，可知凸透鏡L2的焦距f2滿足f2=y2'y·f0（2.2）于是由式（1.1）和式（2.2）得f3=y1'y2'yy''·f0或f3=y2'y''·f1（2.3）式中，y2'是玻羅分

7、劃板上某刻線對(duì)經(jīng)凸透鏡L2成像后的間距；y''是該刻線對(duì)經(jīng)L1、L2、L3透鏡組成像后得到的間距；f1是凸透鏡L1的焦距。15北京航空航天大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告圖1-4測(cè)量凹透鏡焦距的光路圖3.實(shí)驗(yàn)儀器光具座、凸透鏡（X2）、凹透鏡、光源、屏、平行光管（含十字叉絲、玻羅分劃板）、測(cè)微目鏡、半導(dǎo)體激光器。4.實(shí)驗(yàn)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)量凹透鏡焦距時(shí)，若共軸調(diào)節(jié)不準(zhǔn)，就可能觀察