几何光学综合实验(终审稿)

几何光学实验讲义1.薄透镜焦距测量实验目的1.掌握薄透镜焦距的常用测定方法，研究透镜成像的规律。

2.理解明视距离与目镜放大倍数定义；3.掌握测微目镜的使用。

实验仪器1.LED白光点光源〔需加毛玻璃扩展光源〕2.毛玻璃3.品字形物屏4.待测凸透镜〔Φ = ，f = 150，200mm〕5.平面反射镜6.JX8测微目镜〔15X，带分划板〕7.像屏2个〔有标尺和无标尺〕8.干板架2个9.卷尺10.光学支撑件〔支杆、调节支座、磁力表座、光学平台〕基础知识1.光学系统的共轴调节在开展光学实验时，要先熟悉各光学元件的调节，然后按照同轴等高的光学系统调节原则进行粗调和细调，直到各光学元件的光轴共轴，并与光学平台平行为止。

1、粗调：将目标物、凸透镜、凹透镜、平面镜、像屏等光学元件放在光具座〔或光学平台〕上，使它们尽量靠拢，用眼睛观察，进行粗调〔升降调节、水平位移调节〕，使各元件的中心大致在与导轨〔平台〕平行的同一直线上，并垂直于光具座导轨〔平台〕。

2、细调：利用透镜二次成像法来判断是否共轴，并进一步调至共轴。

当物屏与像屏距离大于4f时，沿光轴移动凸透镜，将会成两次大小不同的实像。

假设两个像的中心重合，表示已经共轴；假设不重合，以小像的中心位置为参考〔可作一记号〕，调节透镜〔或物，一般调透镜〕的高低或水平位移，使大像中心与小像的中心完全重合，调节技巧为大像追小像，如下列图所示。

图1-1 二次成像法中物与透镜位置变化对成像的影响图1-1(a〕说明透镜位置偏低〔或物偏高〕，这时应将透镜升高〔或把物降低〕。

而在图(b〕情况，应将透镜降低〔或将物升高〕。

水平调节类似于上述情形。

当有两个透镜需要调整〔如测凹透镜焦距〕时，必须逐个进行上述调整，即先将一个透镜〔凸〕调好，记住像中心在屏上的位置，然后加上另一透镜〔凹〕，再次观察成像的情况，对后一个透镜的位置上下、左右的调整，直至像中心仍旧保持在第一次成像时的中心位置上。

注意，已调至同轴等高状态的透镜在后续的调整、测量中绝对不允许再变动2.薄透镜成像公式透镜分为会聚透镜和发散透镜两类，当透镜厚度与焦距相比甚小时，这种透镜称为薄透镜．值得注意的是，假设透镜太厚，光在透镜中的传播路径便无法忽略，光在透镜里的传播路径就必须做进一步的考虑。

几何光学实验报告实验目的：本实验旨在通过几何光学实验，探究光的反射、折射、色散、干涉等基本现象，加深对光学原理的理解，并通过实验验证光学理论。

实验器材：凸透镜、凹透镜、平凸镜、反射镜、光源、狭缝照明器、光屏、三棱镜、单色光源、白光源、透镜架、光路板等。

实验原理：1.光的反射当光线从一个介质到达另一个介质时，会发生反射。

反射定律表明，入射光线、反射光线和法线三者在同一平面内，且入射角等于反射角。

2.光的折射当光线从一种介质进入另一种介质时，会发生折射。

斯涅尔定律表明，入射角的正弦与折射角的正弦的比值是一个常数，即为介质的折射率。

3.光的色散光的色散是指光的折射率随着波长的变化而变化。

当光通过一个三棱镜时，会发生折射和反射，不同波长的光线会分离出来，形成一条光谱。

4.光的干涉光的干涉是指两束光线相遇时，由于光波的叠加而产生的互相干涉的现象。

干涉现象可以通过双缝干涉实验来观察。

实验步骤：1.反射实验将平凸镜放在光源前方，调整角度，观察反射现象。

2.折射实验将凸透镜或凹透镜放在光源前方，调整角度，观察折射现象。

3.色散实验将单色光源照射到三棱镜上，观察光谱的形成。

4.干涉实验将光源照射到狭缝照明器上，通过双缝干涉实验观察干涉现象。

实验结果：通过实验，我们观察到了光的反射、折射、色散和干涉现象。

在反射实验中，我们发现入射角等于反射角，验证了反射定律。

在折射实验中，我们观察到光线在不同介质中的折射角不同，验证了斯涅尔定律。

在色散实验中，我们观察到光线的色散现象，形成了一条光谱。

在干涉实验中，我们观察到了光的干涉现象，验证了干涉原理。

结论：通过几何光学实验，我们深入了解了光的基本现象，加深了对光学理论的理解。

实验结果验证了光学理论，同时也增强了我们对实验方法和仪器的掌握，为今后的学习和研究打下了基础。

薄透镜焦距测量实验⼀、实验⽬的：1、通过实验深刻理解薄透镜的成像规律；2、熟悉薄透镜焦距测量的⽅法；3、学习和掌握光学系统调节过程中共轴等⾼的调节技巧、各微调光学仪器的使⽤⽅法；4、拓展研究薄透镜在显微系统、望远系统和幻灯⽚系统中的应⽤原理。

⼆、实验原理：透镜是组成各种光学仪器的基本光学元件，焦距则是透镜的⼀个重要参数。

在不同的使⽤场合往往要选择合适的透镜或透镜组，这就需要测定透镜的焦距。

本实验通过不同的实验⽅法来研究薄透镜的成像规律，并确定其焦距。

1. 薄透镜成像公式当透镜的厚度远⽐其焦距⼩的多时，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：（1）式中U表示物距，V表示像距，f为透镜的焦距，U、V和f均从透镜的光⼼O点算起。

并且规定U恒取正值；当物和像在透镜异侧时，V为正值；在透镜同侧时，V为负值。

对凸透镜f 为正值，对凹透镜f为负值。

2. 凸透镜焦距的测定（1）⾃准法如图1所示，将物A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´。

此时，物屏到透镜之间的距离就等于透镜的焦距f。

图1 ⾃准法测薄透镜焦距光路图（2）共轭法如图2所示，固定物与像屏的间距为D(D>4f)，当凸透镜在物与像屏之间移动时，像屏上可以成⼀个⼤像和⼀个⼩像，这就是物像共轭。

根据透镜成像公式得知：u 1=v 2 ；　u 2=v1（因为透镜的焦距⼀定）若透镜在两次成像时的位移为d ，则从图中可以看出，故 。

由 得： (2)由上式可知只要测出D 和d ，就可计算出焦距f 。

共轭法的优点是把焦距的测量归结为对于可以精确测量的量D 和d 的测量，避免了测量U 和V 时，由于估计透镜光⼼位置不准带来的误差。

3.⾃准法测量凹透镜焦距凹透镜是发散透镜，⽤透镜成像公式测量凹透镜的焦距时，凹透镜成的像为虚象，且虚像的位置在物和凹透镜之间，因⽽⽆法直接测量其焦距，⾃准法来测量。

光学设计实验几何光学一、几何光学1．消失的玻璃片将玻璃片放在水杯中，从杯口可以清楚地看到玻璃片。

向杯中注入清水，看看此时是否还能清楚地看到玻璃片。

像其内加入食盐，看看盐水中是否能够清楚地看到玻璃片。

将水换成植物油，看看效果如何。

一个更容易观察的方法是：将玻璃的某一面用砂纸等打毛，变成毛玻璃。

看看毛玻璃在水、植物油中是否可以清晰地观察到。

由此可以知道，反射在我们视觉中的重要作用。

2．看不见的光线用玻璃杯装满纯净水。

用激光笔照射水杯，将无法看见光线。

向其中倒一些浓茶水，光线将出现。

通过实验可以知道，我们看到的光的通道来自光的散射。

如果没有散射，我们将看不到光的通路。

思考：换成糖水，盐水将如何？两个有趣的现象是：换成汽水，看看液体中飘浮的气泡大小对于散射的影响；换成啤酒，看看用光照射到啤酒沫上会有什么现象(注意观察现象随啤酒沫变化的改变情况)3. 纸片变银片用打火机将彩色纸片熏黑。

注意火焰据纸片距离不宜太远。

将纸片插入水中，可以看到纸片变成银白色。

研究该现象的原因。

思考：（1）能否用纸片制作反射镜？（2）将纸片烤糊是否能由此现象？（3）用其他材料如玻璃塑料是否有同样效果？（4）能否用熏黑的纸片制作凹面镜或者凸面镜？4．发光的水流找一个透明的可乐瓶子，在瓶子侧壁的下端扎一个小孔，用激光笔照射到小孔上，在瓶子中灌满水（最好是茶水），让水从小孔中流出，形成水流。

可以看到光不再直接从小孔透射出去，而是顺着水流传输，水流实际起了波导的作用。

思考：小孔的直径与实际效果有什么关系?小技巧：光学中经常用到小孔，如果直接用针扎，小孔边界往往不够整齐，影响使用。

可用烧红的针或锥子扎纸片或塑料获得较高质量的小孔。

5．海市蜃楼将一块1米长，10~20cm宽的微波炉铝箔水平放置在平台上。

用一排可燃气体燃烧器放置在铝箔下方加热，保证可燃气体燃烧器距离铝箔足够近，从而保证铝箔受热均匀。

我们也可以用一个一端封闭且表面有一排密集小孔的管道来代替可燃气体燃烧器。

几何光学实验报告实验一显微镜与望远镜光学特性分析测量一、实验目的1.通过实验掌握显微镜、望远镜的基本原理；2.通过实际测量，了解显微镜、望远镜的主要光学参数；3.根据指示书提供的参考材料自己选择 2 套方案，测出水准仪的放大率并比较实验结果是否相符。

二、实验器材1．显微镜实验：测量显微镜、分辨率板、分辨率板放大图、透明刻线板、台灯，高倍（40×、45×）、中倍（8×或10×）、低倍（2.5×、3×或4 ×）显微物镜各一个，目镜若干（4×、5×、10×、15×等）。

2．望远镜实验：25×水准仪、平行光管、1×长工作距测量显微镜、视场仪、白炽灯、钢板尺、升降台、光学导轨、玻罗板、分辨率板。

双筒军用望远镜，方孔架（被观察物）。

三、实验原理（1）显微镜原理：显微镜是用来观察近处微小物体细节的重要目视光学仪器。

它对被观察物进行了两次放大：第一次是通过物镜将被观察物成像放大于目镜的分划板上，在很靠近物镜焦点的位置上成倒立放大实像；第二次是经过目镜将第一次所成实像再次放大为虚像供眼睛观察，目镜的作用相当于一个放大镜由于经过物镜和目镜的两次放大，显微镜总的放大率Γ应是物镜放大率β和目镜放大率Γ1 的乘积。

Γ=β×Γ1 绝大多数的显微镜，其物镜和目镜各有数个，组成一套，以便通过调换获得各种放大率。

显微镜取下物镜和目镜后，所剩下的镜筒长度，即物镜支承面到目镜支承面之间的距离称为机械筒长。

我国标准规定机械筒长为160 毫米。

显微镜的视场以在物平面上所能看到的圆直径来表示，其视场受安置在物镜像平面上的专设视场光阑所限制显微镜的分辨率即它所能分辨的两点间最小距离：δ=0.61λ式中：λ为观测时所用光线的波长；n sin U为物镜数值孔径（NA）。

从上式可见，在一定的波长下，显微镜的分辨率由物镜的数值孔径所决定，光学显微镜的分辨率，基本上与所使用光的波长是一个数量级。

几何光学实验报告几何光学实验报告引言：光学是研究光的传播和相互作用的科学，而几何光学则是光学中的一个重要分支。

几何光学研究光的传播和反射、折射等现象，通过几何方法描述光的行为。

本次实验旨在通过实际操作，验证几何光学的基本原理，并探究光在不同介质中的传播规律。

实验一：光的直线传播实验目的：通过实验验证光在均匀介质中的直线传播原理。

实验器材：光源、凸透镜、平凸镜、直尺、白纸、直尺、直角三角板等。

实验步骤：1. 将光源放置在实验桌上，并调整到适当位置。

2. 在光源的正前方放置一张白纸，作为屏幕。

3. 将凸透镜放置在光源的正前方，并调整到合适位置。

4. 用直尺在凸透镜的前方放置一根直线，作为光的传播路径。

5. 观察屏幕上的光线，确认光线是否呈直线传播。

实验结果与结论：经过实验观察，我们发现光线在均匀介质中呈直线传播。

这验证了几何光学中的直线传播原理，即光在均匀介质中沿着直线传播。

实验二：光的反射实验目的：通过实验验证光的反射定律。

实验器材：光源、平凸镜、直尺、白纸等。

实验步骤：1. 将光源放置在实验桌上，并调整到适当位置。

2. 在光源的正前方放置一张白纸，作为屏幕。

3. 将平凸镜放置在光源的正前方，并调整到合适位置。

4. 用直尺在平凸镜的前方放置一根直线，作为光的传播路径。

5. 观察屏幕上的光线，确认光线是否按照反射定律反射。

实验结果与结论：经过实验观察，我们发现光线在平凸镜上按照反射定律反射。

反射定律指出入射角等于反射角，实验结果与理论相符。

实验三：光的折射实验目的：通过实验验证光的折射定律。

实验器材：光源、透明介质（如玻璃板）、直尺、白纸等。

实验步骤：1. 将光源放置在实验桌上，并调整到适当位置。

2. 在光源的正前方放置一张白纸，作为屏幕。

3. 将透明介质（如玻璃板）放置在光源的正前方，并调整到合适位置。

4. 用直尺在透明介质的前方放置一根直线，作为光的传播路径。

5. 观察屏幕上的光线，确认光线是否按照折射定律折射。

几何光学综合实验实验报告学院自动化班级自175 学号姓名一、实验目的与实验仪器理解透镜的成像规律，掌握测量薄透镜焦距的几种方法。

仪器：JGX-1型几何光学实验装置。

二、实验原理1.自准法测凸透镜：物体发出的光经透镜折射，平面镜反射，再由透镜汇聚形成一个倒立等大的实像，这时像的中心与透镜光心的距离就是焦距f。

2.贝塞尔法测凸透镜：物屏和像屏的距离为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，成放大的像时，有，成缩小的像时，有，又由于u+v=l，可得f= 。

3.物距-像距法测凹透镜：如图，物距u=O’B’，像距v=O’’B’’,带入成像公式，可计算出凹透镜焦距f2。

三、实验步骤1.自准法测薄凸透镜焦距：（1）按照原理图布置好各元件；（2）调节凸透镜L和平面镜M的位置，使物屏上的倒立实像最清晰且与物等大（充满同一圆面积）；（3）记下物屏P和凸透镜L的位置；（4）重复实验三次。

2.贝塞尔法测薄凸透镜的焦距：（1）按照原理图布置好各装置，使物与像屏距离l>4f；（2）移动凸透镜L，使像屏H上形成清晰的放大像，记下L的位置a1；（3）再移动L，直至在H上形成一清晰的缩小像，记下L的位置a2；（4）重复实验。

3.物距像距法测凹透镜焦距：（1）按照原理图布置好实验装置；（2）先移动凸透镜L1，使物P1在像屏P2上形成清晰的像，记下L1和P2的位置读数；（3）在凸透镜和像屏之间加入待测薄凹透镜L2，向远处移动像屏，直至屏上又出现清晰的像，记下L2和像屏P2`的位置读数。

（4）对于凹透镜L2来说，物距u=|L2P2|，像距v=|L2P2`|；四、数据处理五、分析讨论本次实验学习了两种测量凸透镜焦距的方法和一种测量凹透镜焦距的方法，为了更好的观测效果，实验应当在光线阴暗的地方进行。

在自准法测凸透镜焦距实验中，利用镂空图案物与像充满整个圆面积可以很好地确定像是否倒立等大，减小了直观判断的误差；在贝塞尔法测凸透镜的焦距时，要是物与像屏的距离大于4倍焦距，否则无法观测到预期的实验现象；在物距-像距法测凹透镜焦距的实验中，也要注意像屏的合适位置，在插入凹透镜之后不要再移动凸透镜。

几何光学实验报告几何光学实验报告引言光学是一门研究光的传播、反射、折射和干涉等现象的学科。

而几何光学则是光学中的一个重要分支，主要研究光线的传播和反射规律。

在本次实验中，我们将通过一系列几何光学实验来探索光的性质和行为。

实验一：光的直线传播在这个实验中，我们使用了一束激光器作为光源，通过调整光线的传播路径，观察光线是否呈直线传播。

实验结果显示，光线在均匀介质中传播时，确实呈直线传播。

这与几何光学的基本假设相符，即光线在均匀介质中传播时沿着直线传播。

实验二：反射定律的验证在这个实验中，我们使用了一面平面镜，将光线照射到镜面上，观察光线的反射现象。

实验结果表明，入射光线和反射光线之间的角度满足反射定律，即入射角等于反射角。

这一结果进一步验证了几何光学中的反射定律。

实验三：折射定律的验证在这个实验中，我们使用了一个玻璃棱镜，将光线照射到棱镜上，观察光线的折射现象。

实验结果显示，入射光线和折射光线之间的角度满足折射定律，即入射角、折射角和介质折射率之间存在一定的关系。

这一结果进一步验证了几何光学中的折射定律。

实验四：透镜成像在这个实验中，我们使用了凸透镜和凹透镜，将光线通过透镜，观察光线的成像效果。

实验结果表明，凸透镜使光线经过折射后会聚到一点，形成实像；而凹透镜使光线经过折射后发散，形成虚像。

这一实验进一步验证了几何光学中的透镜成像原理。

实验五：光的干涉在这个实验中，我们使用了一对狭缝和一束单色光源，观察光的干涉现象。

实验结果显示，当光线通过狭缝后，形成了明暗相间的干涉条纹。

这一结果说明了光的波动性质，进一步支持了光学中的干涉理论。

结论通过以上实验，我们对几何光学的基本原理和现象有了更深入的了解。

光的直线传播、反射定律、折射定律、透镜成像和光的干涉等实验结果都与几何光学的理论相符。

这些实验不仅加深了我们对光学的认识，也为今后的光学研究提供了基础。

展望虽然几何光学提供了对光线传播和反射的简化描述，但它并不能解释光的波动性质和量子效应。

几何光学实验总结几何光学实验是物理实验中的一个重要分支，它研究光线在透明介质中传播时的规律和性质。

通过这些实验，我们可以更加深入地了解光的本质和特性，了解光对于人类生活的重要性。

以下是一些几何光学实验的总结，以供参考：1. 反射定律实验在实验中，我们可以利用反射定律来研究光线在透明介质中的反射规律。

首先将一块被黑色纸包裹的白色纸板放置在水平面上，然后用激光器发出一束光，使其打在白色纸板上。

随着光线的入射角度的变化，我们可以观察到光的反射角度也随之变化，而反射角度与入射角度之间的关系符合反射定律。

这个实验使我们能更好地理解反射现象及其规律。

2. 折射定律实验和反射定律实验类似，我们可以利用折射定律来研究光线在不同介质中的折射规律。

在实验中，我们可以用玻璃板或者水面等不同透明介质来观察光线的折射。

观察折射现象时，我们发现入射角度和折射角度之间的关系符合折射定律，而且不同介质的折射率不同，可以通过实验测量得出。

这个实验是进一步了解光线在不同介质中的行为和规律。

3. 焦距测定实验在几何光学中，焦距对于光线的聚焦起到重要作用。

通过焦距测定实验，我们可以确定透镜的焦点位置，以及测量透镜的焦距。

在实验中，我们可以利用点光源、透镜和屏幕构建一套光学系统。

我们可以在一定距离的位置放置点光源，通过透镜让光线聚焦，最终落在屏幕上，然后通过测量不同位置下屏幕上的亮度和位置，计算出透镜的焦距。

这个实验有助于我们理解光学系统中透镜的作用，更好地掌握透镜的性质和焦距。

总之，几何光学实验是理解光学知识中不可缺少的一环，通过实验，我们可以更系统地深入了解光线在透明介质中的行为和规律，有助于我们理解光的特性和应用。

同时，几何光学实验也需要我们严谨地掌握实验方法和技术，以保证实验结果的准确性和可靠性。