清华大学物理实验A1透镜焦距的测量实验报告.docVIP

- - - -可修编- 清华大学 透镜焦距的测量实验 物理实验完整报告 班级XX学号 结稿日期： 透镜焦距的测量实验报告 一、实验目的 加深理解薄透镜的成像规律； 学习简单光路的分析和调节技术〔主要是共轴调节和消视差〕； 学习几种测量透镜焦距的方法。 二、实验原理 1.薄透镜成像规律： 薄透镜是指中央厚度d比透镜焦距f小很多的透镜。分为凹透镜和凸透镜。在近轴光线条件下，薄透镜的成像规律为： 式中，为线放大率，其余各个物理量正负作如下规定： 物理量 符号 正 负 物距 实物 虚物 像距 实物 虚物 焦距 凸透镜 凹透镜 物的大小 光轴之上 光轴之下 像的大小 光轴之上 光轴之下 本实验中采用薄透镜，因此都是从光心算起。在本实验中，为了尽可能满足近轴条件，常采取两个措施：(1)在透镜前加一光阑以挡住边缘光线；(2)调节各元器件使之共轴。以凸透镜为例，薄透镜成像规律如图1所示。 图1 凸透镜成像规律 2.共轭法测凸透镜的焦距原理： 如图2，使得物与屏距离并保持不变，令间的距离为,物到像的距离为，那么根据共轭关系，有和。进而推得： 测量出和即可求得焦距。 图2 共轭法测量凸透镜焦距 3.焦距仪测凸透镜焦距原理： 如下列图3，由几何关系，知：，且，所以，。式中为平行光管武警的焦距，为给出值。为用测微目镜测得的同一对平行线的像的距离，为待测凸透镜的焦距。 图3 焦距仪光路图 4.自准法测凹透镜焦距原理： 如图4，物屏上的箭矢经过凸透镜后成实像，图中为的焦距。现将待测凹透镜置于与之间，此时成为的虚物。假设虚物正好在的焦平面上，那么从出射的光将是平行光。假设在后面垂直于光轴放置一个平面镜，那么该平行光经反射并依次通过和，最后必然在物屏上成实像。这时，分别测出的位置及虚物的位置，那么就是待测凹透镜的焦距。 图4 自准法测量凹透镜焦距光路图 5.薄凹透镜成像规律的研究 为了使得从凹透镜出射的光线会聚并成实像，应当使用虚物。因此，如下列图5，先用凸透镜成实像，再在实像和凸透镜之间插入凹透镜，左右移动光屏，找到清晰的实像。 图5薄凹透镜成像规律〔0＞p＞f〕光路图 三、实验仪器 本实验的实验仪器有：导轨，滑块，焦距仪〔平行光管，测微目镜〕，物屏，像屏，凸透镜，凹透镜，平面镜等。 四、数据记录和处理 从待测凸透镜处通过同时等速地移动物屏和像屏直至成清晰的和物体等大的实像为止，粗测得，所以粗略估计待测凸透镜的焦距为。 1.共轭法测凸透镜焦距 物屏位置；像屏位置 测量序号 1 2 3 4 5 6 凸透镜位置 72.79 72.60 72.75 72.85 72.89 72.70 凸透镜位置 64.79 64.95 64.81 64.70 64.81 64.75 8.00 7.65 7.94 8.15 8.08 7.95 计算得：,；。实验室给出的不确定度：，那么， 2.焦距仪法测凸透镜焦距 参看平行管上注明的参数得，平行管物镜距离；玻罗板上所选的某一对平行线的线距。 测量序号 1 2 3 4 5 6 3.349 3.367 3.339 3.382 3.332 3.369 8.980 8.991 8.970 8.985 8.949 8.985 5.631 5.624 5.631 5.603 5.617 5.616 计算得：；。测微目镜仪器误差为,因而测一对平行线的距离的，那么， 3.自准法测凹透镜焦距 物屏位置〔即箭矢位置〕；凸透镜位置; 测量序号 1 2 3 4 5 6 凹透镜位置 61.02 61.10 61.16 61.05 61.20 61.30 凹透镜位置 61.30 61.50 61.46 61.60 61.60 61.90 61.16 61.30 61.31 61.325 61.40 61.60 虚物位置 39.29 39.36 39.30 39.26 39.24 39.20 计算得：。光具座读数误差为0.05cm，那么， 4.薄凹透镜成像规律研究 本次试验研究的是时的.薄凹透镜成像规律。 箭矢屏的位置106.20cm； 的位置，焦距为； 的位置，焦距为； 的位置，的位置； 物距，〔为虚物〕；像距，〔为实像〕。 由观察得到结论：当时凹透镜成正立放大的实像。 六、思考题 1.为什么要调节共轴？调节共轴的主要步骤如何？怎么判断物上的某一点已经调至透镜的光轴上了？依据的原理是什么？ 答：因为如果不共轴，〔1〕实验中做的近轴光线假设不满足；〔2〕有可能导致像不成在像屏上或者无法成在像屏上，不方便于像的大小比拟；〔3〕不能用坐标计算直接得到物距，像距，计算过程变得复杂；〔4〕