1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱： 透鏡焦距的測(cè)量 學(xué)院： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： B609 座位號(hào)： 9號(hào) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 第九周星期五下午十五時(shí)四十五分開始 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?)加深理解薄透鏡的成像規(guī)律2)學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單光路的分析和調(diào)節(jié)技術(shù)3)學(xué)習(xí)幾種測(cè)量透鏡焦距的方法二、實(shí)驗(yàn)原理：1測(cè)凸透鏡的焦距（1）自準(zhǔn)直法如圖1所示，用屏上“1”字矢孔屏作為發(fā)光物。在凸透鏡的另一邊放置一平面反射鏡，光線通過凸透鏡后經(jīng)平面反射鏡返回孔屏上。移動(dòng)透鏡位置可以改變物距的大小，當(dāng)物距正好是透鏡的焦距時(shí)，物上任意一點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)透鏡折射后成為平行光，經(jīng)平面鏡反射后，再經(jīng)透鏡折射

2、回到矢孔屏上。這時(shí)在矢孔屏上看到一個(gè)與原物大小相等的倒立實(shí)像。這時(shí)物屏到凸透鏡光心的距離即為此凸透鏡的焦距。（2）物距像距法如圖2所示，用屏上“1” 字矢孔作為發(fā)光物，經(jīng)過凸透鏡折射后成像在另一側(cè)的觀察屏上。在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得物距u和像距v，則凸透鏡的焦距為用自準(zhǔn)直法和物距像距法測(cè)凸透鏡焦距時(shí)，都必須考慮如何確定光心的位置。光線從各個(gè)方向通過凸透鏡中的一點(diǎn)而不改變方向，這點(diǎn)就是該凸透鏡的光心。凸透鏡的光心一般與它的幾何中心不重合，因而光心的位置不易確定，所以上述兩種方法用來測(cè)定凸透鏡焦距是不夠準(zhǔn)確的，誤差約為1.0%5.0%。 圖1 自準(zhǔn)直法測(cè)焦距 圖2 物距像距法測(cè)焦距（3）共軛法測(cè)量凸透鏡焦距如

3、果物屏與像屏的距離b保持不變,且b4f,在物屏與像屏間移動(dòng)凸透鏡,可兩次成像.當(dāng)凸透鏡移至O1處時(shí),屏上得到一個(gè)倒立放大實(shí)像,當(dāng)凸透鏡移至O2處時(shí),屏上得到一個(gè)倒立縮小實(shí)像,由共軛關(guān)系結(jié)合焦距的高斯公式得:實(shí)驗(yàn)中測(cè)得a和b,就可測(cè)出焦距f.光路如上圖所示:2凹透鏡焦距的測(cè)量原理利用虛物成實(shí)像求焦距： 圖4如圖4所示，先用凸透鏡L1使AB成實(shí)象A1B1，像A1B1便可視為凹透鏡L2的物體（虛物）所在位置，然后將凹透鏡L2放于L1和A1B1之間，如果O1A1 4f，在物屏與像屏間移動(dòng)凸透鏡，可得一大一小兩次成像。若兩個(gè)像的中心重合，即表示已經(jīng)共軸；若不重合，可先在小像中心作一記號(hào)，調(diào)節(jié)透鏡的高度使

4、大像的中心與小像的中心重合。如此反復(fù)調(diào)節(jié)透鏡高度，使大像的中心趨向小像中心（大像追小像），直至完全重合。2凸透鏡焦距的測(cè)量由于實(shí)驗(yàn)中要人為地判斷成像的清晰，考慮到人眼判斷成像清晰的誤差較大，常采用左右逼近測(cè)讀法測(cè)定屏或透鏡的位置，即從左至右移動(dòng)屏或透鏡，直至在物屏或像屏上看到清晰的像，這就是左右逼近測(cè)讀法。(1)自準(zhǔn)法如右圖,物屏上的箭矢AB經(jīng)凸透鏡L1后成虛像A,B,圖中O1F1=f1為L(zhǎng)1的焦距.現(xiàn)將待測(cè)凹透鏡L2置于L1與A1B1之間,此時(shí),A,B,成為的L2虛物.若虛物A,B,正好在L2的焦平面上,則從L2出射的光將是平行光.若在L2后面垂直光軸放置一個(gè)平面反射鏡,則最后必然在物屏上成

5、實(shí)像A,B,.此時(shí)分別測(cè)出L2的位置及虛物的位置,則就是待測(cè)凹透鏡的焦距f.4 (2)用實(shí)物成實(shí)像法：參看圖2，將物屏、透鏡固定在導(dǎo)軌上，間距大于焦距（可利用自準(zhǔn)法數(shù)據(jù)），利用左右逼近測(cè)讀法，從左至右移動(dòng)像屏找到清晰的圖像，再從右至左移動(dòng)像屏，找到清晰的圖像，重復(fù)3次。記錄此時(shí)物屏、透鏡、像屏的位置，計(jì)算焦距。 (3) 固定物屏和像屏的位置，使D 4f（可利用自準(zhǔn)法數(shù)據(jù)），采用左右逼近測(cè)讀法分別測(cè)定凸透鏡在像屏上成一大一小兩次像的位置，重復(fù)3次,計(jì)算焦距。3凹透鏡焦距的測(cè)量（虛物成實(shí)像法：）安置好光源、物屏、凸透鏡和像屏，使像屏上形成縮小清晰的像，用左右逼近測(cè)讀法測(cè)定像屏的位置，同時(shí)固定物屏和

6、凸透鏡。在凸透鏡和像屏之間放入凹透鏡，移動(dòng)像屏，直至像屏上出現(xiàn)清晰的像，用左右逼近測(cè)讀法測(cè)定像屏的位置，并記錄凹透鏡的位置，重復(fù)2次，計(jì)算凹透鏡的焦距。注意符號(hào)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理：物34.12透鏡54.41（一）凸透鏡1.自準(zhǔn)法f=s=54.41cm-34.12cm=20.29cm2.物象法物透鏡像124.1250141.8624.1255112.98224.123152.924.123545.13（1）200mmf1=201.91mmf2=201.49mm(2)40mmf1=52.35mmf2=52.46mm3.共軛法次數(shù)BO1O2B1124.1230.1968.9475224.1230.

7、173.92802124.1252.3991.91120224.1250.47103.42130（1）40mmf1=53.42mmf2=53.79mm（2）200mmf1=198.98mmf2=198.50mm（二）凹透鏡次數(shù)物A凸O1凹O2像A像A1124.1270101.04105.39130224.1270100.78105.391402124.127096.11105.39140224.127097.66105.39120(1) 透鏡1f1=51.19mmf2=52.24mm(2) 透鏡2f1=117.68mmf2=118.20mm6、 思考題1. 用共軛法測(cè)凸透鏡焦距有什么優(yōu)點(diǎn)？ 用

8、共軛法測(cè)凸透鏡焦距不需要準(zhǔn)確確定凸透鏡光心的位置，若使用公式法，由于光心的位置不確定，會(huì)造成物距和像距都測(cè)不準(zhǔn)確，從而測(cè)出的焦距誤差很大而使用共軛法，只需要測(cè)量凸透鏡移動(dòng)的距離，光心的具體位置是無關(guān)緊要的。2. 共軛法測(cè)凸透鏡焦距時(shí)，二次成像的條件是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？ 二次成像的條件是箭物與屏的距離D必須大于4倍凸透鏡的焦距。用這種方法測(cè)量焦距，避免了測(cè)量物距、像距時(shí)估計(jì)光心位置不準(zhǔn)所帶來的誤差，在理論上比較準(zhǔn)確。3. 測(cè)凹透鏡焦距的實(shí)驗(yàn)成像條件是什么？?jī)煞N測(cè)量方法的要領(lǐng)是什么？一是要光線近軸，這可通過在透鏡前加一光闌檔去邊緣光線和調(diào)節(jié)共軸等高來實(shí)現(xiàn)；二是由于凹透鏡為虛焦點(diǎn)，要測(cè)其焦距，必須借助凸透鏡作為輔助透鏡來實(shí)現(xiàn)。 物距像距法測(cè)凹透鏡的要領(lǐng)是固定箭物，先放凸透鏡于光路中，移動(dòng)輔助凸透鏡與光屏，使箭物在光屏上成縮小的像（不應(yīng)太?。┖蠊潭ㄍ雇哥R，記下像的坐標(biāo)位置（P）；再放凹透鏡于光路中，并移動(dòng)光屏和凹透鏡，成像后固定凹透鏡（O2），并記下像的坐標(biāo)位置（P）；此時(shí)O2Pu，O2P