薄透镜焦距的测量教案

图1：物距像距法测量凸透镜焦距

课 题

薄透镜焦距的测量

教学目的 1、学习简单光学系统的同轴等高的调节方法。

2、掌握用物距像距法、自准法、共轭法测凸透镜的焦距。

3、用物距像距法测凹透镜的焦距。并写出合格的实验报告。 重 难 点 1、光学系统的同轴等高的调节、透镜焦距的测量。 2、光学系统的同轴等高的调节方法、凹透镜焦距的测量。 教学方法 以学生实验操作为主，适当讲授、讨论、演示相结合。 学 时 3学时

一、前言

透镜是各种光学仪器中最基本的元件。焦距是透镜的一个重要参数，在不同的光学仪器中，需选择不同焦距的透镜。测量透镜焦距的方法有许多，如平行光聚焦法、物距像距法等。本实验利用自准法、共轭法、物距像距法等测量透镜的焦距。

二、实验仪器

带标尺光具座一台，光学器件、支架底座若干，凸透镜一块，凹透镜一块，带箭矢物光孔电源一台，平面全反射镜一面，光屏一个等。

三、实验原理

光路：（1）平行于主光轴的光线经透镜折射后过透镜的焦点；

（2）过透镜光心的光线经透镜时不改变方向。 1. -物距像距法测量凸透镜焦距 如图1所示，在平行光线或近轴光线 （物体发出的光与透镜主光轴的夹角很小） 条件下，移动凸透镜离开箭矢物AB 的距离 为u 时，与凸透镜光心相距为v 处呈现一个 清晰的倒立实象。在沿光线方向，光线经凸

透镜会聚于焦平面P 点，由高斯公式

得：

式中物距u ，像距v ，焦距f 都从透镜光心量取，以凸透镜光心为坐标原点，顺光

v u f 1

1

1

1+

=)(1v u uv

f += (1)

线方向取正，反之取负（如图1中示）。(或实物、实象取正；虚物、虚像取负； 凸透镜f 取正，凹透镜焦距f 取负。)

2. 自准法测凸透镜焦距

如图2所示，将箭矢物AB 上各点发出的光经 凸透镜1L 折射后变成不同方向的各组平行光， 射向平面全反射镜M ,反射光线经凸透镜会聚 于原物AB 平面(凸透镜的焦平面)上，成一清 晰的倒立实像A ’B ’。测出箭矢物AB 到光心1o 的间距，就是凸透镜1L 的焦距1f 。

3、共轭法《又叫位移法、二次成像法或贝塞尔法》 如图3所示：设凸透镜的焦距为1f ， 取箭矢物AB 表面为坐标原点，取箭 矢物AB 到光屏P 的距离为D ≥41f ， 并在实验过程中保持D 不变。 将凸透镜1L 放在箭矢物AB 到光屏P 之间的光路中，移动凸透镜1L ，改变 箭矢物AB 到凸透镜1L 光心1o 的间距为1U 时， 光屏P 上呈现出清晰放大的倒立实像A ’B ’。

由几何关系可知：1U =D-L-2V =U ， 1V =V =L+2V 有：

移动凸透镜1L 改变箭矢物AB 到凸透镜1L 光心/1o 的间距为2U 时， 光屏P 上呈现出清晰缩小的倒立实像A ”B ”。 由几何关系可知：

2U =1U +L=D-2V ，

V =2V ，

则有：

对于同一个凸透镜的焦距有：（2）=（3）

图3：共轭法测量凸透镜焦距

D

V LV L DV DL v u v u f 2

22221111/12---+=-=

(2)

D

V DV f 2

22/1

-=……（3/）

2

222/1V U V

U f +=……（3） D

V LV L DV DL D v Dv 2

22222

222---+=-

得： 222L DL LV -= ……（4） 可解出: 2

2L D v -=

再由 2V =D-2U 代入（4）, 解出: 2

2L D U +=

将解出的2V 、2U 代入（3/）式：

D

L D f 42

21-=

(5)

◆优点：就在于它可以准确测量D 、L 的值，从而避免了测量U 、V 的值时，难于找

准凸透镜光心位置所造成的误差。

（二）凹透镜焦距测量原理 1、自准法测凹透镜焦距 如图4所示：凸透镜1L 将箭矢物 AB 成像于1p 点，固定箭矢物AB 与凸透镜1L ，并在凸透镜1L 与

1p

之间放入凹透镜2L 和全反射平面平镜M ，

移动凹透镜2L ，当凹透镜2L 与1p 点的间距等于凹透镜2L 的焦距为2f 时，经凹透镜2L 折射后的光线变成不同方向的各组平行光，该平行光经平面平镜M 反射，经凸透镜1L 会聚于箭矢物AB 平面成一清晰的倒立实像。测出2o 到1p 点的间距就是凹透镜2L 的

焦距2f ，是虚物2f 取负号。 2、物距像距法测量凹透镜焦距2f 如图5所示：凸透镜1L 将箭矢物AB 成像于1p 点，固定箭矢物AB 与凸透镜1L ， 并在凸透镜1L 与1p 之间放入待测凹透镜2L ， 移动凹透镜2L ，改变凹透镜2L 与凸透镜1L

间距，经凹透镜2L 折射后的光线成像于2p 点。 由透镜成像公式：

3

333

3321

11V U U V V U f -=-+--=-

（3U 逆光线方向计算，3V 为虚像取负号，凹透镜2L 的焦距2f 取负号，）

图4：自准法测量凹透镜焦距

图5：物距像距法测量凹透镜焦距

可得：

3

3332V U V U f -=

(6)

四、实验内容与步骤 一）、同轴等高的调节

1、粗调：如图5所示将箭矢物AB 、凸透镜1L 、凹透镜2L 、全反射平面镜M 及光屏依次放入光具座上，使它们尽量靠拢，用眼睛观察各光学器件是否与箭矢物AB 的中间点等高共轴。

等高调节：升降调节各光学器件与箭矢物AB 的中间点等高。

共轴调节：调节各光学器件支架底座位移调节螺钉，使各光学器件的中心及箭矢物AB 位于光具座中心轴线上，再调节各光学器件表面与光具座中心轴线垂直，粗调完成。

2、精调：如图3所示：根据二次成像规律，首先取箭矢物AB 到光屏P 的距离为D>41f 后，两者固定。凸透镜1L 放在箭矢物AB 到光屏P 之间的光路中，移动凸透镜1L 改变箭矢物AB 到凸透镜1L 光心1o 的间距，光屏上看到放大和缩小的像，调节各光学器件支架底座位移调节螺钉及支架的高低位置，使光屏上看到放大和缩小像的中心点共轴（重合）。

同理调节凹透镜2L 共轴，同轴等高的调节完成。 二）、实验内容：测量薄透镜的焦距，按实验表格进行。 1、凸透镜焦距的测量 （1）、自准法测量凸透镜焦距

按图2示放置光具，已固定的箭矢物AB 保持不动；固定平面镜M ，用“左右逼近法”移动凸透镜，使其成清晰的倒立实像于物平面上。为了便于观察，稍微偏转平面镜，使所成实像与原物稍有偏离，记录此时透镜光心在光具座上的坐标位置x 左与x 右，

重复测五次并填入数据表中。

（2）、物距像距法测凸透镜焦距（选做）

按图1所示放置光具，固定箭矢物和屏，读出其坐标

x

物

和

x 屏，用“左右逼近法”

移动透镜找出其成清晰倒立实像的范围坐标位置x 左与x 右，重复测五次。

（3）、共轭法测量凸透镜焦距

按图3所示放置光具，固定箭矢物，取屏的位置为箭矢物AB到光屏P的距离为D≥

4

f，并固定屏的位置不动，用“左右逼近法”移动透镜测成放大像时透镜的坐标位1

置x左与x右；及成小像时的坐标位置x’左与x’右,重复测五次。

2、凹透镜焦距的测量

（1）、物距像距法测量凹透镜焦距

按图5所示光路，固定箭矢物不动，移动凸透镜和光屏使物成倒立缩小的实像，固定凸透镜并记下其坐标x01，再用“左右逼近法”移动光屏找出成清晰缩小像的坐标x左与x右并重复测5次；然后将凹透镜放入凸透镜与光屏之间，稍移动光屏和凹透镜，成像后固定凹透镜记录其坐标位置x02，用“左右逼近法”移动光屏测像的清晰位置坐标x’左与x’右，重复测5次求取平均值。

（2）、自准法测量凹透镜焦距

按图4所示光路，箭矢物固定不动，取凸透镜与箭矢物的间距略大于2f，然后

固定凸透镜；用“左右逼近法”移动光屏测像的清晰位置坐标x左与x右，重复测五次并求取平均值。再放凹透镜和平面镜于凸透镜和光屏之间，用“左右逼近法”移动凹透镜，看到物平面上清晰的倒立实像时，记录凹透镜的坐标位置x’左与x’右，重复测五次求取平均值。

（3）共轭法测凹透镜的焦距（选做）

以凸透镜的共轭法找出成小像时的光屏位置，固定凸透镜，用“左右逼近法”移动光屏测像的清晰位置坐标；再将凹透镜加入凸透镜与光屏之间，并移动光屏和凹透镜使成清晰像。固定凹透镜，用“左右逼近法”移动光屏测像的清晰位置坐标。

五、数据记录及数据处理

1、自准法测凸透镜1L的焦距1f 物x146.51㎝

2、共轭法测凸透镜1L 的焦距1f ==物x 146.51㎝ x P = 77.90 ㎝

3、物距像距法测量凹透镜2L 焦距2f x p1=106.90㎝， x p2=100.90

㎝，=物x 146.51㎝

七、实验数据处理：

1、自准法测凸透镜1L 的焦距1f

=物x 146.51cm

cm cm x x f 63.1188.13451.1461=-=-=）（物=χ

A u )

15(55

1

/2-?∑=i i

χ

cm

017.020

10)40262(4

22222=?++++=

-cm

i i

134.885

134.92

134.88134.86134.82134.905

5

1=++++=

=∑

=χχ

D

L

L f 21-=??])(1[412

1D

L D f +=??

取：仪?=0.05㎝,

测量结果为： 2、共轭法测凸透镜1L 的焦距1f

=物x 146.51㎝ 取：仪?=0.05㎝

u 1

f

cm U L

f U D f L D 03.0)()(

2

21221=??+??=

3、物距像距法测量凹透镜2L 焦距2f

cm cm u u u x

B x A 04.0033.0033.0017.0222

2==+=+=cm u x B 033.0305

.02=?=cm

U f f f )04.063.12(111±=±=cm cm 85.1161.68413.3861.6822=?-=

-=D

L

D f 42

12

cm

cm u B 017.03

05.0==cm

i i

72.1315

76

.13177.13178.13178.13152.1315

5

1=++++=

=∑

=χχcm

cm i i 59.93594.935

73.9369.9373.9346.9336.935/51

/==++++==∑=χχ=-=/

χx L （131.72-93.59）cm=38.13cm

D =p x -物χ=（146.51-77.90）cm=68.61cm

=x A u )

15(55

1

2

-?∑=i i

χcm

05.02010)456620(422222=?++++=-)

15(55

1

/2-?∑=i i

χ

=/χ

A

u cm

08.020

10)1410141323(422222=?++++=-L

u cm

U U U B A A 09.002.0208.005.022222

22/

=?++=++=χχ

==22B D U u cm

03.0017.022=?cm

U L L )09.013.38(±=±L = cm

)03.061.58(±=D

U D D ±=cm )03.085.11(±1

11f U f f ±=测量结果为： =

=

=∑

=5

15

i i χχcm 79.122580.12278.12282.12280.12275.122=++++

=

=∑

=5

1

/

5

/i i

χχcm 72.112578

.11271.11271.11267.11272.112=++++

取：cm u B 02.0=

cm u u u B x

A 03.002.002.02

222=+=+= 结果为：cm u x x x A )03.079.122(±=±= cm u x x x

A )03.072.112(//

/±=±=

取：cm u B 02.0= =-=2p U χχcm 82.590.10672.112=-

cm u u u B x

A 03.002.001.02222/

=+=+= 结果为：cm u U U U )02.082.5(±=±=

V cm cm 82.11)90.10072.112(02/

=-=-=χχ

取：cm u B 02.0= V

A u =

-?=

∑=)

15(55

12

/i i

χ

cm 03.020

10)61150(4

22222=?++++-

cm u u u B x

A 04.002.003.02

222=+=+= 结果为：cm u U U U )04.082.11(±=±=

2f cm cm V

u V U 47.114654.1182.1182.582.1182.5-=-=-?=-=

2

2

2)(V U V U f --=

?? ,2

2

2

）

（V U U V f -=?? ,

2

f u ,222222v U u V

f u U f ）（）（??+??=cm u f 06.0,2=代入数据 cm u f f f )06.047.11(2

22±-=±=

六、注意事项

cm

017.020

10)04036(4

22222=?++++=

-)

15(55

1

2

-?∑=i i

χ

=

x A u cm

018.020

10)61150(4

22222=?++++=

-)

15(55

1

2

'-?∑=i i

χ

=

'x A u

1、注意同轴等高的调节。有些光具的轴不能固定，要注意随时纠正物平面和镜平

面就与光轴垂直。

2、作箭矢物的木盒子有些固定不太好，会涉及到修正值△x,因此也应细心调节箭

矢物的位置与底座平行。

3、测量物或像或光心的坐标时，要注意用“左右逼近法”准确测量：先测物或像或透

镜底座的两侧的坐标再求平均值作为它们的坐标。

七、【思考题】（实验过程中提问，学生回答）

1、簿透镜成像公式成立的条件?

（提示：近轴光线──通过透镜中心部分并与主光轴夹角很小的那一部分光线。）2、如何从成像判断透镜是凸透镜还是凹透镜?

（提示：能单独成实像的是凸透镜；或能使物体放大的是凸透镜。）

3、物距像距法测凸透镜焦距的原理？

（提示：f=(u·v)/(u-v) 式中f是透镜的焦距，u是物距，v是像距。）

4、自准法测凸透镜焦距的原理?

（提示：物体在焦平面时，其上任一点发出的光线通过凸透镜后变成平行光线；平行光线通过凸透镜后汇聚成一点。）

5、如何确定像最清晰的位置?

（提示：找出将透镜向左移动成清晰像时的位置、透镜向右移动成清晰像时的位置，将两位置读数的平均值作为像最清晰的位置读数。）

6、共轭法测量凸透镜焦距的原理?

（提示：f=(D2- L2)/(4D) 式中f是透镜的焦距，D是物与光屏之间的距离，L是透镜二次成像时透镜的位移。）

7、物距像距法测凹透镜焦距的成像条件是什么？

（提示：因凹透镜是发散的且不能单独成像，因此必须借助凸透镜所成的倒立缩小实像为凹透镜的虚物以成像。）

8、共轭法测量凹透镜焦距的成像条件及操作要领？

（提示：先用凸透镜的共轭法找成倒立缩小的实像（以此为凹透镜的虚物），固定凸透镜。将凹透镜放入凸透镜与光屏之间，移动凹透镜与光屏成清晰像。）

八、教学分析与总结（后记）：

1、大多数学生课前预习不充分，对实验原理掌握不透，课堂上常是边看教材边操

作，实验完成的质量和速度都受到一定影响。

2、有部分仪器出现轴不固定的现象，实验操作时镜面会转动，使成像受影响。

3、用共轭法测量透镜焦距时，要注意：

①物与光屏的距离应保持在4倍焦距之外；

②凹透镜要以凸透镜所成的缩小的实像为其虚物来测量焦距。

4、数据分析处理时，不确定度的计算应强调学生仔细小心。

薄透镜焦距的测量(完整版).pdf

一、实验原理： 薄透镜是指其厚度比两球面的曲率半径小得多的透镜。透镜分为两大类：一类是凸透镜（也称为正透镜或会聚透镜），对光线起会聚作用。焦距越短，会聚本领越大。另一类是凹透镜（也称负透镜或发散透镜），对光线起发散作用。焦距越短，发散本领越大。 在近轴光束（靠近光轴并且与光轴的家教很小的光线）的条件下，薄透镜（包括凸、凹透镜）的成像公式为： f v u 111=+…………（1） 式中：u 为物距；v 为像距；f 为焦距。它的正、负规定为：实物、实像时，u 、v 为正；虚物、虚像时，u 为正，v 为负；凸透镜f 为正，凹透镜f 为负。利用上式测定焦距，可以有几种方法，除了本实验中的方法以外，还可用焦距仪测量。 利用上式时必须满足： a. 薄透镜； b. 近轴光线。 实验中常采取的措施是： a. 在透镜前加一光阑以去边缘光线； b. 调节各元件使之共轴。 一般透镜中心厚度有几毫米，也会给测量带来一定的误差。当不考虑透镜厚度时，会有百分之几的误差，这是允许的。 1. 凸透镜焦距的测量方法 （1）物距像距法 由实验分别测出物距u 及像距v ，利用（1）式，求出焦距： v u uv f += ……（2） （2）自准法 从（1）式可知，当像距∞=v 时，f u =，即当物体上各点发出的光经透镜后，变为不同方向的平行光时，物距即为透镜的焦距。该方法利用实验装置本身产生平行光，故为自准法，见下图。 （3）位移法 当物AB 与像屏的间距f D 4>时，透镜在D 间移动可在屏上两次成像，如下图所示，一次成

放大的像，另一次成缩小的像。 由公式（1）与图中的几何关系可得： f u D u 11111=?+……（3） f d u D d u 11111=??++……（4） 由上两式右边相等得： ()2 1d D u ?= ……（5） 将（5）式代入（3）式得： ()()D d D d D D d D f 4422?+=?=……（6） 式中：D 为物与像屏的间距；d 为透镜移动的距离。 2. 凹透镜焦距的测量方法 因实物经凹透镜后，不能在屏上生成实像，故测其焦距时总要借助一个凸透镜，使凸透镜给凹透镜生成一个虚像，最后再由凹透镜生成一个实像。 （1）物距像距法 如下图所示，在没有凹透镜时，物AB 经凸透镜1L 后将成实像于''B A ，在1L 和''B A 间插入凹透镜2L 后，''B A 便称为了2L 的物，但不是实物，而为虚物。对2L 而言，物距' 'A O u ?=。该虚 物由凹透镜2L 再成实像于''''B A ，像距''''A O v ?=。由透镜成像公式（1）得： v u uv f += 注意到这时0v ，故必有0

用自准法测薄凸透镜焦距.pdf

实验一用自准法测薄凸透镜焦距 一、实验目的 1、掌握简单光路的分析和调整方法 2、了解、掌握自准法测凸透镜焦距的原理及方法 3、掌握光的可逆性原理测透镜焦距的方法 4、掌握光的可逆性原理的光路调节 二、实验原理 （一）光的可逆性原理 当发光点（物）处在凸透镜的焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。 光的可逆性原理：当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。借此原理可测量薄凸透镜的焦距，实验原理见图1-1 图1-1 当物P在焦点处或焦平面上时，经透镜后光是平行光束，经平面镜反射再经透镜后成像于原物P处（记为Q）。因此，P点到透镜中心O点的距离就是透镜的焦距f。 （二）自准法 如图1-2所示，将物AB放在凸透镜的前焦面上，这时物上任一点发出的光束经透镜后成为平行光，由平面镜反射后再经透镜会聚于透镜的前焦平面上，得到一个大小与原物相同的倒立实像A′B′。此时，物屏到透镜之间的距离就等于透镜的焦距f。 图1-2 自准法测薄透镜焦距光路图

三、主要仪器及耗材 1：白光源S （GY-6A ） 6：三维调节架 (SZ-16) 2：物屏P （SZ-14） 7：二维平移底座 (SZ-02) 3：凸透镜L （f ′=190 mm ） 8：三维平移底座 (SZ-01) 4：二维架（SZ-07）或透镜架（SZ-08） 9-10：通用 5：平面镜M 底座（SZ-04） 四、实验内容和步骤 （一）实验内容 1、光学系统共轴的调节。 2、利用可逆性原理测薄透镜的焦距，分别记下P 和L 的位置a 1、a 2；则焦距为 ：12,a a f a ?= 3、将透镜转过1800，记下P 和L 的位置b 1、b 2；则焦距为12,b b f b ?= 4、综合焦距为：2 ) (,,, b a f f f += （二）实验步骤 1、光路如图1-3所示，先对光学系统进行共轴调节，实验中，要求平面镜垂直于导轨； 2、移动凸透镜，直至物屏上得到一个与物大小相等，倒立的实像； 3、调M 镜，并微动L ，使像最清晰且与物等大（充满同一圆面积）； 4、分别记下P 和L 的位置a 1、a 2； 5、将P 和L 都转1800之后，重复做前4步； 6、记下P 和L 新的位置b 1、b 2； 7、计算： 1 2,a a f a ?= ； 1 2,b b f b ?= 2)(,,, b a f f f +=

实验一 薄透镜焦距的测定

实验一 薄透镜焦距的测定 【实验目的】 1. 进一步理解透镜成像的规律； 2. 掌握测量薄透镜焦距的几种方法； 3. 学会光具座上各元件的共轴调节方法。 【实验仪器】 光具座、凸透镜、凹透镜、平面镜、像屏、物屏、光源。 【实验原理】 1、薄透镜焦距的测定 透镜的厚度相对透镜表面的曲率半径可以忽略时，称为薄透镜。薄透镜的近轴光线成像 公式为：f s s 1 11'=+ （3—1—1） 式中s 为物距，s ＇为像距，f 为焦距。其符号规定如下：实物时s 取正，虚物s 取负；实像时s ＇取正，虚像时s ＇取负；f 为透镜焦距，凸透镜取正，凹透镜取负 。 （1） 位移法测定凸透镜焦距 （贝塞尔法又称共轭成像法） 如图1所示，如果物屏与像屏的距离A 保持不变，且A > 4f ，在物屏与像屏间移动凸透镜，可以两次看到物的实像，一次成倒立放大实像，一次成倒立缩小实像，两次成像透镜移动的距离为L 。 据光线可逆性原理可得：s 1= s 2′，s 2= s 1′，则2s ' 21L A s -= =，2 ' 12L A s s +==， 将此结果代入式（3—1—1）可得： A L A f 42 2-= （3—1—2） 只要测出A 和L 的值，就可算出f 。 （2） 自准直法测凸透镜焦距 光路图如图2所示。当物体AB 处在凸透镜的焦距平面时，物AB 上各点发出的光束，经透 镜后成为不同方向的平行光束。若用一与主光轴垂直的平面镜将平行光反射回去，则反射光再经透镜后仍会聚焦于透镜的焦平面上，此关系就称为自准直原理。所成像是一个与原物等大的倒立实像A ′B ′（此时物到透镜的距离即为焦距）。所以自准直法的特点是：物、像在同 物 像 像 屏 屏 图2 自准直法测凸透镜焦距

薄透镜焦距的测定物理实验报告材料

大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：薄透镜焦距的测定 学院：信息工程学院专业班级： 学生：学号： 实验地点：基础实验大楼座位号： 01 实验时间：第7周星期3下午 4点开始

一、实验目的： 1．掌握光路调整的基本方法； 2．学习几种测量薄透镜焦距的实验方法； 3. 观察薄凸透镜、凹透镜的成像规律。 二、实验原理： (一)凸透镜焦距的测定 1.自准法 如图所示，在待测透镜L的一侧放置一被光源照明的物屏AB，在另一侧放一平面反射镜M，移动透镜（或物屏），当物屏AB正好位于凸透镜之前的焦平面时，物屏AB上任一点发出的光线经透镜折射后，仍会聚在它的焦平面上，即原物屏平面上，形成一个与原物大小相等方向相反的倒立实像。此时物屏到透镜之间的距离，就是待测透镜的焦距，即 由于这个方法是利用调节实验装置本身使之产生平行光以达到聚焦的目的，所以称之为自准法，该法测量误差在之间。

2.成像法 在近轴光线的条件下，薄透镜成像的高斯公式为 当将薄透镜置于空气中时，则焦距为： 式中为像方焦距，为物方焦距，为像距，为物距。 式中的各线距均从透镜中心（光心）量起，与光线行进方向一致为正，反之为负，如图所示。若在实验中分别测出物距和像距，即可用式求出该透镜的焦距。但应注意:测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。

3.共轭法 共轭法又称为位移法、二次成像法或贝塞尔法。如图所示，使物与屏间的距离并保持不变，沿光轴方向移动透镜，则必能在像屏上观察到二次成像。设物距为时，得放大的倒立实像；物距为时，得缩小的倒立实像，透镜两次成像之间的位移为d，根据透镜成像公式，可推得： 物像公式法、自准法都因透镜的中心位置不易确定而在测量中引进误差。而共轭法只要在光具座上确定物屏、像屏以及透镜二次成像时其滑块移动的距离，就可较准确地求出焦距。这种方法无需考虑透镜本身的厚度，测量误差可达到。 操作要领： 粗测凹透镜焦距，方法自拟。 取D大于。 调节箭矢中点与透镜共轴，并且应使透镜光轴尽量与光具座导轨平行。往复移动透镜并仔细观察，成像清晰时读数。重复多次取平均值。

薄透镜焦距的测定 物理实验报告

南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：薄透镜焦距的测定 学院：信息工程学院专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：基础实验大楼座位号：01 实验时间：第7周星期3下午4点开始

一、实验目的： 1．掌握光路调整的基本方法； 2．学习几种测量薄透镜焦距的实验方法； 3. 观察薄凸透镜、凹透镜的成像规律。 二、实验原理： (一)凸透镜焦距的测定 1.自准法 如图所示，在待测透镜L的一侧放置一被光源照明的物屏AB，在另一侧放一平面反射镜M，移动透镜（或物屏），当物屏AB正好位于凸透镜之前的焦平面时，物屏AB上任一点发出的光线经透镜折射后，仍会聚在它的焦平面上，即原物屏平面上，形成一个与原物大小相等方向相反的倒立实像。 A'B' 此时物屏到透镜之间的距离，就是待测透镜的焦距，即 f=s 由于这个方法是利用调节实验装置本身使之产生平行光以达到聚焦的目的，所以称之为自准法，该法测量误差在之间。 1%~5%

2.成像法 在近轴光线的条件下，薄透镜成像的高斯公式为 1 s '?1s =1f '当将薄透镜置于空气中时，则焦距为： f ' =?f =ss ' s ?s '式中为像方焦距，为物方焦距，为像距，为物距。 f 'f s 's 式中的各线距均从透镜中心（光心）量起，与光线行进方向一致为正，反之为负，如图所示。若在实验中分别测出物距和像距，即可用式求出该透镜的焦距。但应注意:测得量须添加符号，求得量s s 'f '则根据求得结果中的符号判断其物理意义。 3.共轭法 共轭法又称为位移法、二次成像法或贝塞尔法。如图所示，使物与屏间的距离并保持D >4f 不变，沿光轴方向移动透镜，则必能在像屏上观察到二次成像。设物距为时，得放大的倒立实像；s 1物距为时，得缩小的倒立实像，透镜两次成像之间的位移为d ，根据透镜成像公式，可推得：s 2 f ' = D 2?d 2 4D 物像公式法、自准法都因透镜的中心位置不易确定而在测量中引进误差。而共轭法只要在光具座上确定物屏、像屏以及透镜二次成像时其滑块移动的距离，就可较准确地求出焦距。这种方法无需考f '虑透镜本身的厚度，测量误差可达到。 1%

几种测量凸透镜焦距方法的比较

几种测量凸透镜焦距方法的比较 作者：兰鹏涛 （陕西理工学院物理与电信工程学院物理学专业物理1101班，陕西汉中723000） 指导教师：李静玲 [摘要]凸透镜焦距的测量方法和误差分析已经有很多研究，比如常见的有平面镜法、公式法、共轭法这三种测量凸透镜焦距的方法，本文着重研究这三种测量方法及其在不同条件下的优缺点，为学习者在测量凸透镜焦距时提供选择的明确依据。 [关键词]凸透镜；焦距；平面镜法；公式法；共轭法；自准直法 引言 透镜焦距测量是大学光学实验的基础性实验也是光学实验中的必修实验，其中有很多文献提出了各种测量透镜焦距的方法，目前最新的测量方法有CCD辅助测量凸透镜焦距法，它是利用CCD摄像机辅助的精确测量凸透镜焦距的新方法，而且可以在透镜焦距未知的情况下求出共轭距。也有利用实物成虚像、虚物成实像的实验方法来测量凸透镜的焦距，其测量结果与实物成实像方法比较，测量结果的精度更高，是目前透镜焦距测量方法最值得推广的方法。还有常用的一些方法比如：平面镜法、公式法、共轭法这三种测量凸透镜焦距的方法，测量凸透镜焦距的方法有很多。但是对每种方法在不同条件下的优缺点研究却是少之又少。本文则将通过其中最常用的三种，即平面镜法、公式法、共轭法这三种测量凸透镜焦距的方法，通过实际测量及误差计算来评价这三种方法在不同环境中的选择应用。 1．测量凸透镜焦距的三种方法及其优缺点的讨论 1.1 平面镜法 ( 也常叫作自准直法 ) 具体实验方法：分为四步，第一步是用平行光汇聚法粗测待测凸透镜的焦距；第二步是将光具座放在水平的桌面上，然后将照明光源、物屏、待测透镜和平面镜放在光具座导轨上，调节各光学原件的光轴，使得各光学原件等高、共轴；第三步是移动透镜并适当调节平面镜的位置，那么就可以看到物屏上出现倒立的清晰的实像；第四步是取下平面境，观察像是否会消失：如果像不会消失，证明此像不是经平面镜反射所成的像，然后将平面镜安装好，重新找出等大倒立清晰的实像；如果像会消失，测出物屏及透镜的位置并记录对应刻度尺上的数值，那么二者数值之差就是透镜的焦距，重复做几次并取其平均值。在此实验中要正确辨别哪个是要观察的像是实验的关键。像对于物都是等大倒立的实像，如果将平面镜取走后像没有消失，则可以说明此物光没有经过平面镜的反射，而是透镜后表面对物光反射所形成的像。为什么会出现这种情况呢，是因为透镜的前表面对于物相当于凸面镜，根据凸透镜的成像规律，就不会对此物体的反射成实像；所以只有透镜的后表面，对于物相当于凹面镜，由凹面镜的成像规律，对此而言，经透镜折射后所形成的物光进行反射可以成实像，该反射光再次经过透镜折射形成等大倒立的实像，其像距是小于焦距的。反之，若将平面镜取走后，如果像会消失，则此像即为所求的像，那么这时测出的物距就和凸透镜的焦距相等。平面镜法测量简单描述就是在白灯前放一带有箭形缝隙的物屏,将被照亮的箭矢作为光源 (也就是“物”),在凸透镜的另一侧放上一个平面镜 ,并且调整物屏、凸透镜、平面镜使得它们三者共轴 , 要使平面

薄透镜焦距的测量实验报告

一、实验综述 1、实验目的及要求 （1）了解对简单光学系统进行共轴调节 （2）学会用自准直法测量薄凸透镜的焦距 （3）学会用位移法测量薄凸透镜的焦距 （4）学会用物距 -像距法测量薄凸透镜的焦距 （5）学会用物距 -像距法测凹透镜的焦距 2、实验仪器、设备或软件 光具座，凸透镜，凹透镜，光源，物屏，平面反射镜，水平尺和滤光片等 二、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析） （1）观测依据 1．自准直法测薄凸透镜的焦距 根据焦平面的定义，用右图所示的光路，可方便地 测出凸透镜的焦距 f | xl x0 | 2．物距——像距法测凸透镜焦距 在傍轴光线成像的情况下，成像规律满足高斯公式 1 1 1 u v f f u v u v 如图所示，式中 u 和v 分别为物距和像距， f 为凸透镜焦距，对 f 求解，并以坐标代入则有 x l x o x i x l f = （x o

得到

B! B2 在上图中： L1为凸透镜， L2为凹透镜，凹透镜坐标位置为 X L ，F1为凸透镜的焦点， F2 为凹透镜的焦点， AB 为光源， A1B1为没有放置凹透镜时由凸透镜聚焦成的实像，同时也是 放置凹透镜后凹透镜的虚物，坐标位置为 X O ，A2B2为凹透镜所成的实像，坐标位置为 X i 。 对凹透镜成像，虚物距 u=X L -X o ，应取负值 （x L

薄透镜焦距地测定

薄透镜焦距的测定 【实验目的】 1．掌握光路调整的基本方法； 2．学习几种测量薄透镜焦距的实验方法。 【实验仪器】 照明光源（钠光灯）、物屏、白屏、光具座、平面镜、待测透镜等。 【实验原理】 透镜的厚度相对透镜表面的曲率半径可以忽略时，称为薄透镜。薄透镜的近轴光线成像公式为 （1） l s为物距，s′为像距，f ′为像方焦距。其符号规定如下：实物与实像时取正，虚物与虚像时取负；f 为透镜焦距，凸透镜取正，凹透镜取负。 图1凸透镜自准 法 1．凸透镜焦距的测量原理 (1)自准直法 光源置于凸透镜焦点处，发出的光线经过凸透镜后成为平行光，若在透镜后放一块于主光轴垂直的平面镜，将此光线反射回去，反射光再经过凸透镜后仍会聚于焦点上，此关系称为自准原理。如果在凸透镜的焦平面上放一物体，如图1所示，其像也在该焦平面上，是大小相等的倒立实象，此时物屏至凸透镜光心的距离便是焦距。

图2实物成实像法 (2)用实物成实像求焦距 如图2所示，用实物作为光源，其发出的光线经会聚透镜后，在一定条件下成实像，可用白屏接取实像加以观察，通过测定物距和像距，利用（1）式即可算出焦距。 图3共轭法 （3）共轭法 如图3所示，如果物屏与像屏的距离D保持不变，且D > 4f，在物屏与像屏间移动凸透镜，可两次成像。当凸透镜移至O 1 处时，屏上得到一个倒立 放大实象A 1B 1 ,当凸透镜移至O 2 处时，屏上得到一个倒立缩小实象A 2 B 2 ，由图2 可知，透镜在O 1 处时： （2） 透镜移至O 2 处时：

（3） 由此可得： （4）测出D和d，即可求得焦距。 2．凹透镜焦距的测量原理 利用虚物成实像求焦距： 图4 如图4所示，先用凸透镜L 1使AB成实象A 1 B 1 ，像A 1 B 1 便可视为凹透镜L 2 的物 体（虚物）所在位置，然后将凹透镜L 2放于L 1 和A 1 B 1 之间，如果O 1 A 1 <∣f2∣， 则通过L 1的光束经L 2 折射后，仍能形成一实象A 2 B 2 。物距s = O2A1，像距s′= O2A2， 代入公式（1），可得凹透镜焦距。 【实验容】 1．光路调整

初中八年级(初二)物理 实验十二薄透镜焦距测量

光路调整和透镜参数的测量 透镜是光学基本元件，工程中常用它建立光路作为传输光能量和光信息，并是组成各种光学仪器的主要组件。不同的用途需要焦距不同的透镜或透镜组。通过测量透镜的焦距，我们可以掌握透镜成像规律，学会光路的分析和调整技术，这对了解光学仪器的构造和正确使用很有帮助，为探索其它学科提供了实际的手段和技能。 [预习要点] 1．什么是薄透镜？什么是近轴光线？透镜成像公式的使用条件是什么？ 2．什么是自准法？它的光路及成像有什么特点？ 3．什么是共轭法？用共轭法测透镜焦距有何优点？ 4．什么叫等高同轴？用什么方法调节等高同轴？ [实验重点] 1．加深理解透镜成像规律。 2．掌握简单光路、光轴的调节技术。 3．学习测量薄透镜焦距的方法。 4．学习不确定的计算方法。 [实验仪器] 光具座、凸透镜、物屏、像屏、白炽光源、平面镜、光具凳、光学平台、分光计（参阅教材P203,图4.3.2）。 [实验原理] 透镜的中心厚度（d）比透镜焦距f小很多，约为% f d，我们称之为薄透镜。 /≤ 5 1．薄透镜成像规律 （a）凸透镜（会聚透镜） 对光线具有会聚作用，当一束平行于透镜主光轴的光线通过透镜后，将会聚于主光轴上距透镜光心0为f的焦点F上，f OF=称为焦距，见图1（a）。

（b ）凹透镜（发散透镜） 对光线具有发散作用。一束平行于透镜主光轴的光线通过透镜后，经折射变为发散光束，发散光的反向延长线与主光轴交于F 点，称焦点F 到透镜光心0的距离为焦距f ，见图1（b ）。 在近轴光线的条件下，薄透镜的成像公式为： f q p 111 =+ （1） 式中，f —透镜的焦距，p 为物距，q 为像距。 符号规则： 物距p 为正值表示实物，为负值表示虚物。 像距q 为正值表示实像，为负值表示虚像。 焦距f 为正值表示凸透镜，又称正透镜；为负值表示凹透镜，又称负透镜。 2．透镜焦距的测量原理 （1）自准法（由光的可逆性原理求焦距） 这个方法是利用物距等于焦距使之产生平行光，在用平面镜把平行光原路返回到物屏上，看到成像。用像是否清晰检验调焦是否完成，用像所在位置检验透镜光轴与平面镜法线是否平行。 如图2，在凸透镜后面放一平面镜，当物距等于凸透镜焦距f 时，则物光经过凸透镜后成为平 行光，被平面镜反射回来的平行光再次经过凸透镜后所成的像也在焦平面上，且为倒像。据此就可测出焦距f 。 图1 透镜的焦距 图2 自准法测凸透镜焦距 图3 自准法测凹透镜焦距

透镜焦距的测定实验报告

电子科技大学 实验报告 学生姓名：学号：指导教师： 实验地点：科技实验大楼104室实验时间： 一、实验室名称：透镜焦距的测定 二、实验项目名称：透镜焦距的测定 三、实验学时：3学时 四、实验原理： 1．测凸透镜的焦距 （1）自准直法 如图1所示，用屏上“1”字矢孔屏作为发光物。在凸透镜的另一边放置一平面反射镜，光线通过凸透镜后经平面反射镜返回孔屏上。移动透镜位置可以改变物距的大小，当物距正好是透镜的焦距时，物上任意一点发出的光线经透镜折射后成为平行光，经平面镜反射后，再经透镜折射回到矢孔屏上。这时在矢孔屏上看到一个与原物大小相等的倒立实像。这时物屏到凸透镜光心的距离即为此凸透镜的焦距。 （2）物距像距法 如图2所示，用屏上“1”字矢孔作为发光物，经过凸透镜折射后成像

在另一侧的观察屏上。在实验中测得物距u和像距v，则凸透镜的焦距为用自准直法和物距像距法测凸透镜焦距时，都必须考虑如何确定光心的位置。光线从各个方向通过凸透镜中的一点而不改变方向，这点就是该凸透镜的光心。凸透镜的光心一般与它的几何中心不重合，因而光心的位置不易确定，所以上述两种方法用来测定凸透镜焦距是不够准确的，误差约为%~%。 图1 自准直法测焦距图2 物距像距法测焦距 （3）位移法 如图3所示，若取光矢孔物屏与观察屏之间的距离f >，且实验过程 D4 中保持不变时，移动透镜L，当它距离物为u时，观察屏上得到一个放大的清晰的像；当它距离物为u'时，观察屏上得到一个缩小的清晰的像。根据几何关系和光的可逆性原理，得 代入式（3-20-2）得 图3 位移法测焦距 从上式可知，只要测得物屏与观察屏之间的距离D和两次成像透镜之间的距离d，即可求出凸透镜的焦距f。这种方法把焦距的测量归结于对可以精确测定的量D和d的测量，避免了确定凸透镜光心位置不准带来的困难。 五、实验目的： 测凸薄透镜焦距。 六、实验内容： 1．共轴调节。 2．用自准直法测凸透镜的焦距。 3．用物距像距法测凸透镜的焦距。

薄凸透镜焦距的测定(附有数据)

共轭法薄凸透镜焦距的测定 摘要：薄凸透镜焦距的测定主要可以有自准法，物距像距法，共轭法来测定。讨论了焦距误差的计算方法,讨论了各种方法的优缺点，清晰像位置判断不确定所引入的测量误差,同时分析了改变物距对透镜焦距测量不确定度的影响。 关键词：左右逼近法，同轴等高，共轭法，自准法，物距像距法，误差分析。 引言：凸透镜是各种光学元件中最基本的成像元件,而透镜最重要的参量就是它的焦距。测量焦距常用的方法有物距像距法(高斯法)、共轭法、自准直法、辅助透镜法等,各方法适用的条件不同,测量精度也各不相同,其焦距测量的误差讨论也是多种多样。 一、实验任务： 1、了解薄透镜的成像规律； 2、掌握光学系统的共轴调节； 3、用共轭法测定薄凸透镜的焦距。 二、实验仪器： GY-1型溴钨灯一个，凸透镜L，物屏P一块，像屏一块，一维平移底座若干，三维平移底座，直尺 三、实验原理： 共轭法 原理：物与像屏之间的距离设为L，大于4倍焦距时，薄透镜在物与像屏之间移动时有两个位置O1(在O1位置时成放大的实像)、O2可以在屏上成像(在O2位置时成缩小的实像)，如图所示：O1、O2之间的距离记为d，则透镜的焦距f可以由L、s两个量得到。 共轭法原理图 以上两 种情况 按透镜 成像公 式： 共轭法测凸透镜焦距实验图

f v u 1 11=+, u 为物距；v 为像距；f 为焦距它的正、负规定为：实物、实像时，u 、v 为正；虚物、虚像时，u 为正，v 为负；凸透镜f 为正，凹透镜f 为负。 将公式带入上图： f u L u 111=-+(1)，f d u L d u 111=--++(2) 由（1）（2）得凸透镜焦距：L d L f 42 2-= 五、实验内容： 1.粗测透镜焦距：用凸透镜汇聚作用粗测焦距，确定物和像屏之间的距离为L （要求 f 4L >)； 2.仪器同轴等高的调节 (1) 粗调：先将物、透镜、像屏等用底座固定好以后，再将它们靠拢，用眼睛观察调节高低、左右，使它们的中心大致在一条和导轨平行的直线上，并使它们本身的平面互相平行且与光轴垂直。 (2) 细调：以透镜成像规律为依据，利用共轭原理细调.如果物的中心偏离透镜的光轴,则两次成像的放大像和缩小像的中心不重合,若放大像的中心高于缩小像的中心,说明物的中心低于主光轴,以缩小像的中心为目标,调节透镜或物的上下位置,逐渐使放大像的中心与缩小像的中心重合.多个透镜的光学系统,先调节好与一个透镜光轴重合的共轴,再逐个加入其余透镜,直到所有光学元件共轴为止。 3.共轭法步骤：设物和像屏之间的距离为L （要求f 4L >)，并保持不变。移动透镜，在O2位置时成缩小的实像，O1、O2之间的距离记为d ，则透镜的焦距f 可以由L 、d 两个量得到。 四、实物图： 五、原始数据记录表格设计

薄透镜焦距的测量实验报告

一、实验综述 1、实验目的及要求 （1）了解对简单光学系统进行共轴调节 （2）学会用自准直法测量薄凸透镜的焦距 （3）学会用位移法测量薄凸透镜的焦距 （4）学会用物距-像距法测量薄凸透镜的焦距 （5）学会用物距-像距法测凹透镜的焦距 2、实验仪器、设备或软件 光具座，凸透镜，凹透镜，光源，物屏，平面反射镜，水平尺和滤光片等 二、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析） （1）观测依据 1．自准直法测薄凸透镜的焦距 根据焦平面的定义，用右图所示的光路，可方便地 测出凸透镜的焦距 f = | x l - x 0 | 2．物距——像距法测凸透镜焦距 在傍轴光线成像的情况下，成像规律满足高斯公式 v u f 1 11+= v u v u f +?= 如图所示，式中u 和v 分别为物距和像距， f 为凸透镜焦距，对f 求解，并以坐标代入则有 f = o i l i o l x x x x x x --?- (x o ＜x L ＜x i ) x o 和x L 取值不变(取整数)，x i 取一组测量平均值。 3．位移法测透镜焦距 (亦称共轭法、二次成像法) 如右图所示，当物像间距 D 大于 4 倍焦距 即D > 4 f 时，透镜在两个位置上均能对给定物成理 想像于给定的像平面上。两次应用高斯公式并以几何关系和坐标代入，则得到 x o 和x i 取值不变(取整数)，x L1和x L2各取一组测量平均值。 4．用物距-像距法测凹透镜的焦距 o i l l o i x x x x x x D d D f -?---=-=4)()(421222 2

B! 在上图中：L1为凸透镜，L2为凹透镜，凹透镜坐标位置为X L ，F1为凸透镜的焦点，F2为凹透镜的焦点，AB 为光源，A1B1为没有放置凹透镜时由凸透镜聚焦成的实像，同时也是放置凹透镜后凹透镜的虚物，坐标位置为X O ，A2B2为凹透镜所成的实像，坐标位置为X i 。 对凹透镜成像，虚物距u=X L -X o ，应取负值(x L ＜x o )；实像距v=X i -X L 为正值(x L ＜x i )；则凹透镜焦距f 2为： ) () ()(2o i l i o l X X X X X X v u v u f --?-= +?= ＜0 (凹透镜焦距为负值!!!) x L 取值不变，x o 和x i 各取一组测量平均值。 （2）实验步骤： 1．自准直法测凸透镜焦距 如图1布置光路，调透镜的位置，高低左右等，使其对物成与物同样大小的实像于物的 下方，记下物屏和透镜的位置坐标 x 0 和 x L 。 2．物距——像距法测凸透镜焦距 如图2布置光路，固定物和透镜的位置，使它们之间的距离约为焦距的 2 倍；移动像屏使成像清晰； 调透镜的高度，使物和像的中点等高；左右调节透镜和物屏，使物与像中点连线与光具座的轴线平行；用左右逼近法确定成理想像时，读像屏的坐标。重复测量 5 次。 3．用位移法进行共轴调节 参照图3布置光路，放置物屏和像屏，使其间距 D > 4 f ，移动透镜并对它进行高低、 左右调节，使两次所成的像的顶部（或底部）之中心重合，需反复进行数次调节，方能达到共轴要求。 4．位移法测焦距 在共轴调节完成之后，保持物屏和像屏的位置不变，并记下它们的坐标 x 0 和x i ，移动透镜，用左右逼近法确定透镜的两次理想位置坐标 x L 1 和 x L 2 。测量5次。 5．用物距——像距法测量凹透镜的焦距，要求测三次。 6．组装显微镜并测其放大率。 数据记录和处理 1 根据公式：f = | x l - x 0 |=195 2．物距——像距法 物坐标 x 0 = mm 透镜坐标 x L = mm x i 的测量平均值为 mm B2 L2

大学物理实验薄透镜焦距的测量

大学物理实验薄透镜焦距的测量 (20) . a. 学会简单光学系统的共轴调节; b. 掌握几种测量薄透镜焦距的方法. 光具座及配件、凸透镜、凹透镜、平面反射镜 1. 凸透镜焦距的测量方法 (1) 自准法 (2) 位移法 2. 凹透镜焦距的测量方法 物距像距法 1. 光学系统的共轴调节 2. 测凸透镜的焦距 3. 测凹透镜的焦距 1、要有实验名称、实验目的、实验原理、实验内容和步骤。（5分） 2、实验原理的书写要求用以自己的语言，言简意赅的语言表述清楚。（5分） 3、要绘制好填充测量数据所需要的表格。（5分） 4、报告的书写要整洁规范。（5分） 1、不能用手直接摸透镜的表面。（5分） 2、是否调节共轴。（5分） 3、对实验的原理是否掌握。（10分） 4、实验操作的熟练程度。（15分） 5、是否读出合理的数据。（5分）

a．自准法测凸透镜的焦距（10分） 测次透镜位置/cm 屏位置焦距f/cm /cm 左右平均 1 28．20 28．30 28．25 10．00 18．25 2 28．30 28．40 28．35 10．00 18．35 3 28．30 28．35 28．325 10．00 18．325 4 28．30 28．3 5 28．325 10．00 18．325 5 28．35 28．40 28．375 10．00 18．375 6 28．30 28．40 28．35 10．00 18．35 平均 28．29 28．3 7 28．33 10．00 18．33 ??f=18.33?0.05(cm) f E=0.27％ b.位移法测凸透镜焦距（10分） 次数 ?f(cm) D/cm d/cm F=(D-d)(D-d)/4D 1 80.00 60.50-38.90=21.60 18.54 0.00 2 80.00 60.40-39.00=21.40 18.56 0.02 3 80.00 60.50- 38.90=21.60 18.54 0.00 4 80.00 60.50-38.95=21.55 18.55 0.01 5 80.00 60.60-38.90=21.70 18.52 0.02 6 80.00 60.50-39.00=21.50 18.55 0.01 平均80.00 21.56 18.54 0.01 f??f=18.54?0.05(cm) E=0.27％ c. 物距-像距法测凹透镜焦距（10分） 次数物距（cm）像距（cm）焦距（cm） ?f(cm) 1 -8.93 13.93 -24.88 0.81 2 -8.95 13.95 -24.97 0.72 3 -9.27 14.27 -26.46 0.77 4 -9.20 14.20 -27.26 1.57 5 -9.44 14.44 -26.13 0.44 6 -8.83 13.83 -24.42 1.2 7 平均 -9.10 14.09 -25.69 0.93

大学物理实验教程 第二版 思考题答案 (李学金 著)----薄透镜焦距的测量评分标准

《薄透镜焦距的测量》参考答案和评分标准 预习报告(20分) 一.实验目的 a.学会简单光学系统的共轴调节; b.掌握几种测量薄透镜焦距的方法. 二. 实验仪器 光具座及配件、凸透镜、凹透镜、平面反射镜 三. 实验原理 1.凸透镜焦距的测量方法 (1)自准法 (2)位移法 2.凹透镜焦距的测量方法 物距像距法 四. 实验内容和步骤 1.光学系统的共轴调节 2.测凸透镜的焦距 3.测凹透镜的焦距 评分要点： 1、要有实验名称、实验目的、实验原理、实验内容和步骤。（5分） 2、实验原理的书写要求用以自己的语言，言简意赅的语言表述清楚。（5分） 3、要绘制好填充测量数据所需要的表格。（5分） 4、报告的书写要整洁规范。（5分） 数据采集与实验操作(40分) 评分要点： 1、不能用手直接摸透镜的表面。（5分） 2、是否调节共轴。（5分） 3、对实验的原理是否掌握。（10分） 4、实验操作的熟练程度。（15分） 5、是否读出合理的数据。（5分） 五.数据记录和数据处理(30分)

f±△f=18.33±0.05(cm) E=0.27％ b.位移法测凸透镜焦距（10分） f±△f= -26±1(cm) E=3.6％ 评分要点： 1、每个处理过程10分，焦距的计算5分，误差的处理5分。 2、误差的表示形式要注意，特别要注意有效数字。

六．思考题（10分） （1）利用f=(D+d)(D-d)/4D 测量凸透镜焦距有什么优点？ 答这种方法可以不用测量透镜的位置，从而避免透镜中心位置的不确定而带来物距和相距的误差。 （2）为什么在本实验中利用1/u+1/v=1/f 测焦距时，测量u和v都用毫米刻度的米尺就可以满足要求？设透镜由于色差和非近轴光线引起的误差是1％。 答设物距为20cm，毫米刻度尺带来的最大误差为0.5mm，其相对误差为 0.25％，故没必要用更高精度的仪器。 （3）如果测得多组u，v值，然后以u+v为纵轴，以uv为横轴，作出实验的曲线属于什么类型，如何利用曲线求出透镜的焦距f。 答直线；1/f为直线的斜率。 （4）试证：在位移法中，为什么物屏与像屏的间距D要略大于4f？ 由f=(D+d)(D-d)/4D → D2-4Df=d2→ D(D-4f)=d2 因为d>0 and D>0 故D>4f

大学物理实验-薄透镜焦距的测定(原始数据处理与分析)

1、自准法测焦距实验数据记录 单位：cm 次序 1 2 3 4 5 6 品字屏位置 20.0 透镜位置 左->右 29.8 29.4 29.5 29.7 29.9 29.5 右->左 29.9 29.5 29.6 29.8 29.7 29.6 平均 29.85 29.45 29.55 29.75 29.80 29.55 焦距 9.85 9.45 9.55 9.75 9.80 9.55 2、共轭法测焦距实验数据记录 品字屏位置：20.0；白屏位置：70；D=50。 单位：cm 次序 1 2 3 4 5 6 透镜 左->右 右->左 左->右 右->左 左->右 右->左 放大像位置 33.4 33.5 33.3 33.6 33.4 33.5 缩小像位置 55.7 56.0 55.8 56.2 55.8 56.6 d 22.3 22.5 22.5 23.6 22.4 23.1 3、虚物成像法测焦距实验数据记录 单位：cm 次序 1 2 3 4 5 6 B '位置 70 凹透镜2O 67 B '' 位置 左->右 77.7 76.9 76.5 76.5 76.4 77.2 右->左 78.1 76.9 77.4 76.7 76.8 77.6 平均 77.9 76.9 76.95 76.6 76.6 77.4 思考题： 1、自准法测焦距：cm f 7.96/)55.980.975.955.945.985.9(=+++++= 2、共轭法测焦距：cm d 7.226/)1.234.226.235.225.223.22(=+++++=

cm D d D f 9.950 47.225042222=?-=-= 3、虚物成像法测焦距： cm v u uv f cm B O u cm B O v cm d B 3.41 .1031.10331.101.776/)4.776.766.7695.769.769.77(22-=+-?-=+= -=-====+++++=

测量薄透镜焦距的方法

实验原理 薄透镜是指透镜的中心厚度d 远小于其焦距f （d<

薄透镜焦距的测定

薄透镜焦距的测定 【实验目的】 1.学会测量薄透镜焦距的几种基本方法。 2.进一步掌握薄透镜的成像规律。 【实验原理】 一、 薄透镜成像公式 透镜可分为凸透镜和凹透镜两类。它们对光线的作用分别是会聚和发散。当一束平行于透镜主光轴的光线通过凸透镜后，将会会聚于主光轴上，会聚点F 称为该凸透镜的焦点，凸透镜光心O 到焦点F 的距离称为焦距f ，如图5-1-1a 所示。一束平行于主光轴的光线通过凹透镜后将发散。发散光的延长线与主光轴的交点F 称为该凹透镜的焦点，凹透镜光心O 到焦点F 的距离称为凹透镜的焦距f 。如图5-1-1b 所示。 a) b) 图5-1-1 a) 凸透镜 b) 凹透镜 当透镜厚度远远小于其焦距时，这种透镜称为薄透镜。在近轴光线的条件下，薄透镜成像的规律可表示为： f v u 1 11=+ （5-1-1） 式中u 为物距，v 为像距，f 为透镜的焦距。u 、v 和f 均从透镜的光心O 算起。物距u 恒取正值，像距v 的正负由像的实虚来确定。实像时，v 为正，虚像时，v 为负。凸透镜的焦距恒取正值。凹透镜的焦距恒取负值。 二、 凸透镜焦距的测量原理 测量凸透镜焦距可使用三种方法： 1.自准法（平面镜法） 如图5-1-2所示，若物体AB 处于凸透镜的前焦平面时，物体上各点发出的光线通过凸透镜将变为平行光。此时，物距u 即等于透镜焦距f 。若用与主光轴垂直的平面镜将平行光反射回去，再经透镜会聚后将成为一个大小与物体相同的倒立实像/ / B A ，/ / B A 也必定位于原物所处的前焦平面上。测出物体与透镜的距离，即为该透镜的焦距。

图5-1-2 图5-1-3 2.物距像距法 如图5-1-3所示，当物体AB 在有限距离时，物体发出的光线经过凸透镜折射后，将成像在透镜的另一侧，测出物距u 和像距v 后，代入公式 f v u 1 11=+即可算出透镜的焦距 v u uv f += 3.共轭法（二次成像法） 图5-1-4 如图5-1-4所示，设物与像屏间距离为S ，且S>4f ，并保持不变，移动透镜位置，当透镜在1O 处时，屏上可获得放大的清晰的实像11B A ，当透镜在2O 处时，屏上又获得一个缩小的清晰的实像22B A 。若1O 与2O 之间的距离为d ，由公式 f v u 1 11=+可以导出该透镜的焦距为S d S f 42 2-= 三、 凹透镜焦距的测量原理 1.物距像距法 凹透镜是发散透镜，它形成的像是虚像，不能在像屏上成像，因此测量凹透镜的焦距时，需要借助凸透镜。 如图5-1-5所示，从物体AB 发出的光线经凸透镜1L 折射后成像于11B A ，若凸透镜和像11B A 之间插入一个焦距为f 的凹透镜2L ，且12B O 小于凹透镜的焦距f ，则凸透镜所成的像可看作是凹透镜的虚物。由凹透镜的光路图可知，在凹透镜焦距内的虚物将形成实像 22B A 。根据光路的可逆性，如果将物置于22B A ，经凹透镜2L 折射后，必定在11B A 处成