1.凸透镜焦距测量ppt课件

测凸透镜焦距的原理与方法
测量凸透镜的焦距可以使用以下原理与方法：
原理：
1. 凸透镜的焦距是指透过该透镜的平行光线会汇聚到一点（焦点）。

因此，我们可以利用这一性质来测量焦距。

方法：
1. 使用一束平行光线照射到凸透镜上。

这可以通过使用一个远离的光源（如太阳或聚光灯）来实现。

2. 调整透镜的位置，使得通过透镜的光线汇聚到一点上。

这个点就是透镜的焦点。

3. 若要测量焦距，可以使用一块屏幕或墙壁，将其放置在透镜背后的焦点处。

4. 移动屏幕或墙壁的位置，直到在屏幕上或墙壁上观察到一个清晰的、小而明亮的图像。

这个图像就是通过透镜形成的实像。

5. 使用尺子或测量仪器测量透镜和实像之间的距离。

这个距离就是透镜的焦距。

需要注意的是，测量时要确保光线直线传播，并尽量减少透镜引起的畸变。

测量时还可以重复多次以提高结果的准确性。

实验十七 透镜焦距的测量实验目的：用物距像距法、共轭法求焦距、自准直法求焦距、由辅助透镜成像法求凹透镜焦距四种方法测透镜焦距实验原理：1、物距像距法：如图所示设凸透镜 的焦距为f ，物距为P ，对应像距为'P ，则透镜成像的高斯公式为f p p 111'=-， 得到：''p p pp f -=2、共轭法求焦距：取物与屏之间的距离L 大于四倍焦距4f ，此后固定物与屏的位置，移动透镜，则必能在屏上两次成像，如图所示，透镜位于I 时，得到放大像；位于II 时得到缩小像，透镜在两次成像之间的位移为d ，根据透镜公式，对于位置I 而言，()'21p d L p ---=，'2'1p d p +=则：()Lp d p d L f )('2'2+--=对于位置II 而言，'2'22)(p p L p =--=，像距则： Lp p L f '2'2)(-=解得：2'2dL p -=，故：L d L f 422-=3、自准直法求焦距：如图所示，当光源P 作为物 放在 透镜L 的第一焦平面内时，由P 发出的光经透镜后将成为平行光，如果在透镜后面放一与透镜光轴垂直的平面反射镜M ，则平行光经M 反射后将沿原来的路径反方向进行，并成像于P 点，P 与L 之间的距离，就是透镜的焦距f 。

4、由辅助透镜测凹透镜的焦距：对于凹透镜，因 为实物不能得到实像，所以不能用白屏接取像的方法求得焦距，可以利用辅助透镜成像的方法求得焦距。

物P 经凸透镜'P ，在'P 和1L 间放上待测凹透镜L ，就L 而言，虚像'P 又成像于''P ，根据公式得，2'111f p p =- 因此，''2p p pp f -=只要测得p, 'p 的绝对值，就可得凹透镜得焦距。

实验15 薄凸透镜焦距的测量一、实验目的1.理解不同方法测量透镜焦距的原理。

2.学会光路的搭建和调节方法。

3.掌握平行光管等仪器的使用方法。

二、预习要求１．预习讲义，看懂实验原理。

２．熟悉有关仪器的原理及其使用方法。

三、实验仪器1.光源S、2.物屏P、3.被测凸透镜L、4.二维架或透镜架、5.平面镜M、6.调节支架、7.通用底座、8.照明器、9.平行光管、10.可平移透镜支架、11.测微目镜、12.光具座四、实验原理1．自准法测量薄凸透镜焦距自准法采用光的可逆性原理测量薄凸透镜的焦距。

光的可逆性是指当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。

实验原理见图1。

图1 自准法测量透镜焦距实验原理图当物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。

本实验采用的实验仪器为1～7，按照图2所示搭建相关实验仪器。

图2自准法测量透镜焦距实验仪器组成图2. 放大率法测量薄凸透镜焦距（1） 平行光管介绍平行光管是一种产生平行光束的仪器，它主要由物镜、分划板和照明器组成，本实验所用的国产550型平行光管的外形如图3所示，其光学系统如图4所示。

图4 平行光管光学系统图分划板位于平行光管物镜的焦平面上，分划板上每一点发出的光经物镜后变成一束平行光。

位于分划板中心A 处（焦点上）发出的光经透镜后成为一束和光轴平行的光，轴外点B 发出的光经透镜后成为一束平行于BOB ’的平行光。

这些平行光束好象来自无限远处，因而也常用来代替无限远处的目标，用以作为瞄准和观测的标记。

取下平行光管的照明部件，换上自准直目镜，此时平行光管成为一个望远系统的自准直平行光管，通过目镜可观察远处的物体。

平行光管配有不同类型的分划板后，可以有不同的用途。

平行光管在光学测量中，是一个基本度量仪器，也是许多光学仪器的基本部件。

分划板是在光学镜片上镀刻各种图案而成。

本实验所用的国产550型平行光管，附有五种分划板，其各图案如图5所示。

光学基础实验数据表
一、凸透镜（C 透镜）焦距的测量
1.“物距—像距”法
的不确定度
像距v 的
不确定度
焦距f 的 不确定度
2. 自准法
透镜位置的不确定度
焦距f 的不确定度
注：在进行不确定度计算时，认为测量结果分布满足t 型分布；不考虑物屏和像屏的仪器误差，也不考虑透镜的仪器误差，只计入测量位置的不确定带来的误差。

3. 共轭法
二、凹透镜（D透镜）焦距的测量
注:此表中的物位置是指凸透镜第一次成像的位置；表中像位置是指凹透镜成的像的位置。

2. 自准法
三、景深的测量（用C透镜）
光阑孔径与景深的关系：
四、透镜像差的观测（用C透镜）
1. 观测透镜的色差
红色像的位置：X1 = 蓝色像的位置：X2 =
透镜对红光与蓝光的色差：︱X2- X1︳=
2. 观测透镜的球差
中心孔像的位置：X1 = 边缘环像的位置：X2 =
透镜的球差：︱X2- X1︱=。

自组望远镜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近轴光线条件下，薄透镜的成像公式为111+=（14-1）u v f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O 1、O 2两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111u v f +=，成缩小的像时，有111u D v D f +=+-，又由于 u v D +=，可得224L D f L-=。

（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060 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）。

课程名称应用光学题目名称测量透镜焦距的方法及原理姓名潜力股测量透镜的方法及原理摘要：透镜是光学仪器中最基本的光学元件，而焦距是透镜的重要参量之一。

本文介绍了三种测量凸透镜和凹透镜焦距的实验方法，分别是自准直法，贝塞尔法，透镜成像公式法。

关键词：焦距自准直法贝塞尔法透镜成像公式法一：自准直法光线通过位于物镜焦平面的分划板后，经物镜形成平行光。

平行光被垂直于光轴的反射镜反射回来，再通过物镜后在焦平面上形成分划板标线像与标线重合。

1.1自准直法测凸透镜焦距1.1.1实验器材光学实验平台，光具座，白光源，物屏，待测凸透镜，全反射镜（平面镜）。

1.1.2实验原理当物屏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。

1.1.3实验步骤（1）如图1-1，沿光具座装好各器件，并调至共轴；（2）将物屏置于白光源前约50毫米处，被测凸透镜和反射镜尽量靠近，并在物屏前后移动，观察物屏上像的变化情况，知道物屏上出现清晰，倒置的字像为止；图1-1 自准直法测量凸透镜焦距装置图1.2自准直法测凹透镜焦距1.2.1实验器材光学实验平台，光具座，白光源，物屏A ，凸透镜L1，待测凹透镜L2，全反射镜M （平面镜），像屏N 。

1.2.2实验步骤及原理凸透镜L1将物A 发出的光成像于像屏N ，将待测凹透镜L2置于L1与像屏N 之间，当移动L2并使其光心到屏N 的间距等于凹透镜L2的焦距时，光线经L2后将成为平行光束，这时，若在L2与N 之间放一平面镜M ，这束平行光被M 反射，将在物平面上成一与物A 等大倒立的实像。

因此，只要测量L2与N 之间的距离(ON)，即是凹透镜L2的焦距。

图1-2 自准直法测量凹透镜焦距[1]二：贝塞尔法贝塞尔法也叫两次成像法，大意就是通过改变被测透镜的位置来确定透镜的焦距。

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、用自准法、物距像距法、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，平面镜M，一维平移底座若干，三维平移底座，直尺三、实验原理：A、自准法原理：当物体A处在凸透镜的焦距平面时，物A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。

优点：物，像在同一焦平面上。

操作简单，常用作粗测。

缺点：误差大。

B、物距像距法缺点：很难确定屏在哪个位置时像最清晰，往往是把屏前后移动，在一个较大的范围内像的清晰程度都相差不多，像距v很难测准确．而且由于光心的位置不确定，会造成物距和像距都测不准确，从而测出的焦距误差很大。

C、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、O2可以在屏上成像，在O1位置时成放大的实像，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、s两个量得到。

五、实验内容：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。

凸透镜成像的规律课件(17张PPT)目录•凸透镜基础知识•成像原理与规律•实验探究：凸透镜成像规律验证•应用领域拓展•常见问题解答与误区澄清•课程总结与回顾CONTENTSCHAPTER01凸透镜基础知识凸透镜定义与结构凸透镜定义中间厚、边缘薄的透明镜片，具有会聚光线的作用。

结构特点一般由两个球面组成，可以是双凸、平凸或凹凸等形式。

光线传播路径及特点光线传播路径平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，会聚于一点（焦点）；通过光心的光线传播方向不变。

特点凸透镜对光线有会聚作用，能使平行光线会聚于焦点。

焦点到光心的距离，表示凸透镜对光线的会聚能力。

焦距（f ）物距（u ）像距（v ）物体到凸透镜光心的距离，表示物体与凸透镜的相对位置。

像到凸透镜光心的距离，表示像与凸透镜的相对位置。

030201焦距、物距和像距概念CHAPTER02成像原理与规律物体在凸透镜前成像原理光线经过凸透镜折射当光线经过凸透镜时，由于透镜的特殊形状，光线会发生折射，即光线的传播方向会发生改变。

折射光线汇聚成像经过凸透镜折射后的光线会汇聚于一点，这一点即为物体的像。

像的位置、大小、正倒等特性与物体相对于凸透镜的位置有关。

成像规律总结物距与像距的关系物体到凸透镜的距离称为物距，像到凸透镜的距离称为像距。

当成实像时，物距增大，像距减小，像变小；物距减小，像距增大，像变大。

当成虚像时，物距增大，像距和像都变大；物距减小，像距和像都变小。

像的正倒当物体位于凸透镜一倍焦距以内时，成正立、放大的虚像；当物体位于凸透镜一倍焦距以外时，成倒立的实像。

像的大小当物体从无穷远处向凸透镜移动时，像逐渐变大；当物体移动到凸透镜一倍焦距以内时，像变得最大。

03物体在凸透镜二倍焦距以外此时成倒立、缩小的实像，像位于凸透镜的另一侧。

01物体在凸透镜一倍焦距以内此时成正立、放大的虚像，像与物位于凸透镜的同侧。

02物体在凸透镜一倍焦距到二倍焦距之间此时成倒立、放大的实像，像位于凸透镜的另一侧。

用太阳光测凸透镜焦距
将放大镜对准太阳光,放大镜后置一张白纸,前后移动白纸,当太阳光聚焦的光斑最小、最亮时,测光斑与放大镜中心的长度,测出来的数据就是焦距。

1.器材：白纸,凸透镜
步骤：让凸透镜正对着太阳光．拿一张白纸在它的另一侧来回移动,直到纸上的光斑最小、最亮,这个点是凸透镜的焦点,再测量焦点到凸透镜的距离是凸透镜的焦距。

2.凸透镜是根据光的折射原理制成的透镜，中央较厚，边缘较薄。

凸透镜分为双凸、平凸和凹凸（或正弯月形）等形式，凸透镜有会聚作用故又称聚光透镜，较厚的凸透镜则有望远、会聚等作用，这与透镜的厚度有关。

3.其他测量焦距的方法：
（1）公式法：利用光具座做凸透镜成实像的实验，测量并记录成像时的物距u和像距v，根据透镜成像公式，计算出透镜焦距f，多次测量后取平均值。

（2）共轭法：利用光具座固定好光源和光屏位置，测量出它们的间距L。

将待测焦距的凸透镜放在其间，沿主轴移动凸透镜，使光屏上两次呈现出光源倒立的像。

记录两次成像时透镜的位置，由此求出两次成像过程中透镜移动的距离d，根据公式可计算出凸透镜焦距f，这个方法叫共轭法。

这是实验室中常用的测凸透镜焦距的方法之一。

（3）平行光聚焦法：根据凸透镜特性，让平行光（如太阳光）沿主
轴方向入射到凸透镜上，在另一侧与透镜平行放置一光屏，调节光屏位置使光屏上的光斑最小且最明亮，此时透镜与光屏的间距为凸透镜焦距。

这是一种简便的粗测凸透镜焦距的方法。

（4）远物成像法：在实验室还可以用远物成像法代替平行光聚焦法估测凸透镜焦距，方法与平行光法相似；调节光屏的位置，使远处的物体（例如教室的窗或窗外的物体）在光屏上成像，光屏与透镜之间的距离近似为该透镜的焦距。