平行光管法測薄透鏡焦距.doc

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1、基礎(chǔ)物理實驗研究性報告課題名稱平行光管法測薄透鏡焦距院系第一作者第二作者第三作者【目錄】【目錄】1【摘要】2【關(guān)鍵詞】2【實驗原理】2（1）測量凸透鏡的焦距3（2）測量凹透鏡的焦距3【實驗儀器】4【實驗步驟】4（1）等高共軸調(diào)節(jié)4（2）測量凸透鏡的焦距5（3）測量凹透鏡的焦距5【數(shù)據(jù)記錄與處理】5（1）測量凸透鏡的焦距5（2）測量凹透鏡的焦距7【誤差分析】8【討論】8平行光管法測薄透鏡焦距【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、水晶等透明材料制作而成，在天文、軍事、交通、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。常用的透鏡

2、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重要參數(shù)，因而準(zhǔn)確測量透鏡的焦距則顯得尤為重要。實驗室測量透鏡焦距的方法有自準(zhǔn)直法、物距像距法、共軛法、平心光管法等。本文將利用平行光管法測量兩種透鏡的焦距，并對實驗誤差作簡單分析?！娟P(guān)鍵詞】薄透鏡焦距、平行光管、等高共軸調(diào)節(jié)【實驗原理】首先來認(rèn)識一下平行光管。平行光管是一種能發(fā)射平行光束的精密光學(xué)儀器，是裝校調(diào)整光學(xué)儀器的重要工具，也是光學(xué)量度儀器中的重要組成部分。它有一個質(zhì)量優(yōu)良的準(zhǔn)直物鏡，其焦距是經(jīng)過精確測定的。本實驗所用的是F550平行光管，其物鏡焦距約為550mm（準(zhǔn)確數(shù)值由廠家

3、提供）。起光學(xué)系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖0.1所示。1—光源；2—毛玻璃；3—分劃板；4—物鏡圖0-1平行光管光學(xué)結(jié)構(gòu)圖測量透鏡焦距時，平行光管以白熾燈作為光源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，連同測微目鏡頭，或顯微鏡系統(tǒng)，則可以測定透鏡組的焦距，鑒別率，及其他成像質(zhì)量。將附配的調(diào)整式平面反光鏡固定于被檢運動直的工件上，用附配于光管的高斯自準(zhǔn)目鏡頭，通過光管上的高斯目鏡觀察，可以進行運動工件的直線性檢驗。（1）測量凸透

4、鏡的焦距本實驗利用物像之間的比例關(guān)系測量透鏡的焦距。實驗光路圖如圖1.1所示。將待測透鏡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的玻羅分劃板（見圖1.2），玻羅分劃板每對刻線的間距分別是20、10、4、2、1（單位：mm）。從圖中的幾何關(guān)系可以看出待測透鏡的焦距為（1.1）式中，y是在玻羅分劃板上所選刻線對的實際間距；是該刻線對在透鏡后焦面上所成像的間距；是平行光管物鏡的焦距；是待測凸透鏡的焦距。圖1.1測量凸透鏡焦距的光路圖圖1.2玻羅分劃板（2）測量凹透鏡的焦距本實驗的測量原理是將以焦距已知的凸透鏡與待測凹透鏡組成

5、伽利略望遠系統(tǒng)，實驗光路如圖2.1所示。將待測凹透鏡放在兩凸透鏡之間，當(dāng)調(diào)節(jié)凹透鏡的位置使其后焦點與凸透鏡的后焦點重合時，凸透鏡與凹透鏡便準(zhǔn)確地組成伽利略望遠鏡，它們的出射光再次成為平行光，由幾何關(guān)系有（2.1）又根據(jù)前述凸透鏡焦距的測量原理，可知凸透鏡的焦距滿足（2.2）于是由式（1.1）和式（2.2）得或（2.3）式中，是玻羅分劃板上某刻線對經(jīng)凸透鏡成像后的間距；是該刻線對經(jīng)透鏡組成像后得到的間距；是凸透鏡的焦距。圖2.1測量凹透鏡焦距的光路圖【實驗儀器】光具座、凸透鏡（2塊）、凹透鏡、光源、屏、平行光管（含十字叉絲、玻羅分劃板）、測微

6、目鏡、半導(dǎo)體激光器?！緦嶒灢襟E】（1）等高共軸調(diào)節(jié)本實驗中各元件的等高共軸調(diào)節(jié)極為重要，特別是測量凹透鏡焦距時，若共軸調(diào)節(jié)不準(zhǔn)，就可能觀察不到成像。因此，等高共軸調(diào)節(jié)的成功與否關(guān)系到整個實驗的成敗，也是本實驗最大的難點。實驗中等高共軸的調(diào)節(jié)思路如下：1）目測粗調(diào)各光學(xué)元件等高共軸。這一步很重要，做的不好會給后面的細調(diào)帶來困難。2）利用細激光束的高準(zhǔn)直特性進行細調(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，并從平行光管的物鏡中心出射，此時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)軌移動白屏，觀察屏上激光光點的位置是

7、否改變，相應(yīng)調(diào)節(jié)激光和平行光管的方向，直至移動白屏?xí)r光點的位置不再變化。，至此激光光束與導(dǎo)軌平行；然后逐個放入其他光學(xué)元件并調(diào)節(jié)這些元件的方位，按照光軸桑的物點仍應(yīng)成像在光軸上的原理，使之沿導(dǎo)軌移動過程中，出現(xiàn)的激光光點位置不變。3）利用透鏡成像原理進一步微調(diào)。在通過目鏡觀察成像的場合，可利用成像的位置將各元件調(diào)至等高共軸。先記錄下某透鏡成像的位置，再依次放入其他透鏡，僅調(diào)節(jié)該透鏡的高低、左右，使成像位置保持不變即可。（2）測量凸透鏡的焦距將平行光管分劃板換成玻羅分劃板，按圖1.2所示原理放置并調(diào)節(jié)透鏡，使從測微目鏡中觀察到清晰、無視差的玻

8、羅分劃板像。通過測微目鏡測出某刻線對（或某些刻線對）像距，由式（1.1）求得凸透鏡的焦距。為了提高測量精度，在實際測量時應(yīng)盡可能讀取較多的刻線位置或使用間距較大的刻線對。（3）測