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透镜焦距的测量

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透镜焦距的测量透镜焦距的测量 实验 14 薄透镜焦距的测量 透镜是光学仪器中最基本的器件,常常被组合在其他光学仪器中。焦距是反 映透镜性质的一个重要参数。因此了解并掌握透镜焦距的测量方法,不仅有助于 加深理解几何光学中的成像规律,也有助于加强对光学仪器调节和使用的训练。 另外,光学平台是光学实验中的常用设备,通过本实验还可以了解光学平台的使 用方法。 一、实验目的 1、通过实验进一步理解透镜的成像规律; 2、掌握测量透镜焦距的几种方法; 3、掌握和理解光学系统光路调节的方法。 二、实验原理 1、 薄透镜成像原理及其成像公式 在...

透镜焦距的测量
透镜焦距的测量 实验 14 薄透镜焦距的测量 透镜是光学仪器中最基本的器件,常常被组合在其他光学仪器中。焦距是反 映透镜性质的一个重要参数。因此了解并掌握透镜焦距的测量 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,不仅有助于 加深理解几何光学中的成像规律,也有助于加强对光学仪器调节和使用的训练。 另外,光学平台是光学实验中的常用设备,通过本实验还可以了解光学平台的使 用方法。 一、实验目的 1、通过实验进一步理解透镜的成像规律; 2、掌握测量透镜焦距的几种方法; 3、掌握和理解光学系统光路调节的方法。 二、实验原理 1、 薄透镜成像原理及其成像公式 在近轴光线条件下,薄透镜的成像公式为 1 1 1 + = u v f (14-1) 式中 u 为物距,v 为像距 f 为焦距,对于凸透镜、凹透镜而言,u 恒为正值,像 为实像时 v 为正,像为虚像时 v 为负,对于凸透镜 f 恒为正,凹透镜 f 恒为负。 图 14-1 共轭法测凸透镜焦距原理图 图 14-2 自准直法测凸透镜焦距原理图 2、 测量凸透镜焦距的原理 (1)物距-像距法 1 根据成像公式,直接测量物距和像距,并求得透镜的焦距。 (2) 共轭法(位移法) 由图 14-1 可见,物屏和像屏距离为 L(L>4f),凸透镜在 O1、O2 两个位置 分别在像屏上成放大和缩小的像,由凸透镜成像公式,成放大的像时,有 1 1 1 1 1 1 + = ,成缩小的像时,有 + = ,又由于 u + v = D ,可得 u v f u+D v?D f L2 ? D 2 f = 。 4L (3) 自准法 位于凸透镜 L 焦平面上的物体 AB 上(实验中用一个圆内三个圆心角为 600 的扇形) 各点发出的光线, 经透镜折射后成为平行光束 (包括不同方向的平行光) , 由平面镜 M 反射回去仍为平行光束,经透镜会聚必成一个倒立等大的实像于原 焦平面上,这时像的中心与透镜光心的距离就是焦距 f(如图 14-2) 。 3、 测量凹透镜焦距的原理 (1)自准值法 通常凹透镜所成的是虚像,像屏接收不到,只有与凸透镜组合起来才可能成 实像。凹透镜的发散作用同凸透镜的会聚特性结合得好时,屏上才会出现清晰的 像(如图 14-3 所示) 。测凹透镜焦距的自准法就成为测凸、凹透镜组特定位置时 的自准法了。 图 14-3 自准直法测凹透镜焦距原理图 来自物点 S 的光线经凸透镜成像于 P 点,在 L1 和点 P 间置一凹透镜 L2 和平面镜 M, 仅移动 L2 使得由平面镜 反射回去的光线再经 L2、 1 后成像 S’于物点 S 处。 L 对于这时的 L1 和 L2 透镜组来说,S 点则为其焦点,在 L2 与 M 间的光线也一定 为平行光,对于 L2 来说,从 M 反射回去的平行光线入射 L2 成虚象于 P 点,即 2 凹透镜的焦点 P ,它与光心 O2 的距离就为该凹透镜的焦距 f。 (2)物距-像距法 图 14-4 物距-像距法测凹透镜焦距原理图 将凹透镜与凸透镜组成透镜组,这就可以用成像法测凹透镜的焦距。如图 14-4 所示,先用凸透镜 L1 使物 AB 成缩小倒立的实像 A’B’,然后将待测凹透镜 L2 置于凸透镜 L1 与像 A’B’之间,如果 O ' B ' < f 2 (其中 f2 为凹透镜焦距),则 仍能成一实像 A'' B '' 。 但应注意, 对凹透镜 L 2 来讲, 通过 L1 的光束经过 L2 折射后, A’B’为虚物,物距 u = ? O ' B ' ,像距 v = O ' B '' ,代入成像公式(14-1)即能计算 出凹透镜焦距 f2。 三、实验仪器介绍 光学平台、溴钨灯、薄凸透镜、平面镜、物屏、白屏、二维调节架、二维平 移底座、三位平移底座等。 1(白光光源 S(GY-6A) 2(物屏 P(SZ-14) 3(凸透镜 L(f’=190mm) 4( 二维架(SZ-07) 或透镜架(SZ-08) 5( 平面镜 M 6( 二维调节架(SZ-16) 7( 二维平移底座(SZ-02) 8( 三 维平移底座(SZ-01) 9-10(通用底座(SZ-04) 3 四、实验任务 (一)必做部分 1、在光学平台上,调节实验中用到的透镜、物和像屏的中心使之位于平行于光 学平台的同一直线上,此即为共轴调节。 (1) 粗调:让所需调整仪器彼此靠近,通过眼睛观察和判断,将透镜、物、 像屏的几何中心调至等高位置上,并使其所在平面彼此平行,这就达到了彼此平 行且中心等高。 (2) 细调:依靠仪器和光学成像规律来鉴别和调节。可以利用多次成像的 方法,即只有当物的中心位于光轴上时,多次成像时像的中心才会重合在一起。 也可分别利用自准法测凸透镜和凹透镜焦距的原理, 调节透镜高低使得所成像与 物互补即中心重合。 2、用共轭法测凸透镜的焦距。固定物屏与像屏之间的距离 L,粗略估计凸透镜 焦距 f,使 L 满足 L>4f,但不宜过大否则成像不清,略大一些即可。在物屏与像 屏之间移动透镜,记下成放大像与缩小像时透镜的位置,算出两位置之差 D 的 值。由共轭成像关系可得出计算焦距 f 的公式。由 D 和 L 可算出 f,而不必测物 距和像距,这样就避免了因凸透镜光心位置的不确定带来物距(u)和像距(v) 的误差。 3 个不同的 L, 取 分别各测 1 次。 将所测得的数据填入自己设计的表格, 并计算出焦距 f。 3、用自准法测凸透镜的焦距。自准法测凸透镜焦距就是用平面镜取代像屏,调 整物与透镜的距离,直到在物屏上成一个清晰、倒立且与物等大的像(即像与物 互补形成一个完整的圆) ,重复测量 3 次。将所测得的数据填入自己设计的表格, 并计算出焦距 f。 (二)选做部分 测量凹透镜的焦距。试根据实验原理,采用透镜组合的方法,测量凹透镜的 焦距。 五、数据记录与处理 仅以物距-像距法为例, 给出数据处理方法, 其他方法的数据处理参照表 14-1 设计并 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 计算。 4 表 14-1 次数 1 2 3 物距-像距法测凸透镜焦距 v/mm f/mm u/mm 六、思考 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 1、共轭法测凸透镜焦距时,物屏像屏间的距离 L 为什么要略大于四倍焦距, 2、采用自准法测量时,当物屏与透镜之间的间距小于 f 时,也可能成像,且将 平面镜移去,像依然存在,这是什么原因造成的, 3、共轭法测量与物象法相比,有何优点, 4、日常生活中常用眼镜的度数值来表示该眼镜片的焦距,其换算方法:眼镜的 度数等于镜片焦距(以米为单位)的倒数乘以 100。例如焦距为 0.5m 的凹透镜 所对应的度数为-200 度,也就是通常的 200 度近视眼镜片。你能否利用前面所 述实验原理,测出老花镜和近视眼镜镜片的度数呢, 七、注意事项 1、共轴调节要认真细致。在粗调的基础上,还要根据放大像和缩小像中心位置 是否重合来进行细调。 2、爱护光学元件,不准用手或硬物直接接触光学元件的表面。 3、爱护光学平台的调节底座。 参考文献 1、李学慧(大学物理实验(北京:高等教育出版社,2005(141,146( 2、沈元华,陆申龙(基础物理实验(北京:高等教育出版社,2003(226,230( 3、孙晶华(操纵物理仪器,获取实验方法―物理实验教程(北京:国防工业出 版社,2009(139-145( 4、吕斯骅,段家?(新编基础物理实验(北京:高等教育出版社,2006(45-50( 5
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上传时间:2017-10-01
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