大学物理实验薄透镜焦距的测定

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：fs s 111'=+ （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：AL A f 422-= （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一焦平面上。

自准直法除了用于测量透镜焦距外，还是光学仪器调节中常用的重要方法。

（3） 物距—像距法测凹透镜焦距（利用虚物成实像求焦距） 如图3所示，先用凸透镜L 1使AB 成实象A 1B 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 1B 1之间，如果O 2A 1<∣f 2∣，则通过L 1的光束经L 2折射后，仍能形成一实象A 2B 2。

大学物理实验教案-测定薄透镜的焦距大学物理实验教案实验项目测定薄透镜的焦距教学目的1、掌握简单光路的分析和光学系统的共轴、等高调节方法；2、掌握测量薄透镜焦距的几种方法及其原理；3、加深对透镜成像规律的认识。

实验原理1. 薄透镜成像公式通过透镜中心并且垂直于镜面的直线称做透镜的主光轴。

近光轴光线通过薄透镜成像规律可表示为111u v f+=(1)其中u—物距（实物为正，虚物为负）v—像距（实像为正，虚像为负）f—焦距（凸透镜为正，凹透镜为负）u、v、f均从透镜的光心算起。

由(23-1)式可知，只要能测出u和v，则f 便可求出。

2. 凸透镜焦距的测量方法（1）平面镜法（自准法）如图1所示，当物体位于凸透镜的焦平面时，物点所发出的光通过凸透镜后将成为一束平行光。

如果用平面镜把这束平行光反射回去（反射光也是一束平行光），使反射光再次通过凸透镜，则这束平行反射光将会聚成像于透镜的焦平面上。

因此，通过调整凸透镜与物体之间的距离使得在物屏上能看到物体的清晰的像，那么物体与透镜的距离就是透镜的焦距。

此时分别读出物体与透镜在光具座上的位置x1和x2，则透镜焦距为21f x x=-。

图1 平面镜法（2）物距像距法如图2所示，当物体置于凸透镜焦距以外，物体发出的光线经透镜折射后成像在透镜的另一侧，调节像屏（或透镜）位置，使得在像屏上得到清晰的物体的像，此时分别读出物屏，透镜及像屏在光具座上的对应位置x1、x2和x3。

则物距21u x x=-，像距32v x x=-。

再利用(1)式便可求出透镜焦距。

图2 物距像距法（3）共轭法(两次成像法)如图3所示，物屏和像屏间的距离L ＞4f ，保持L 不变，移动透镜，当它在O 1处时，像屏上出现一个放大的清晰的像(此时物距为u 1，像距为v 1)，当它移到O 2处时，像屏上出现一个缩小的清晰的像，对应两次成像时透镜间的距离为l ，按透镜成像公式(1)式可知：在O 1处有11111u L u f +=- (2)在O 2处有 11111u lL u l f +=+-- (3)由(2)式、(3)式消去f 得 12L l u -=(4)将(4)式代入(3)式得 224L l f L -=(5)其中，L 、l 均可测，故f 可求得。

测量薄透镜焦距实验报告测量薄透镜焦距实验报告引言：薄透镜是光学实验中常见的一个元件，它具有很多重要的应用，如成像、放大等。

测量薄透镜的焦距是我们研究透镜特性的基础，本实验旨在通过实际操作，测量薄透镜的焦距，并探究影响测量结果的因素。

一、实验原理薄透镜的焦距是指光线经过透镜后会聚或发散的位置。

根据薄透镜的成像公式，可以得到焦距与物距、像距之间的关系。

在实验中，我们将通过测量透镜的物距和像距来计算焦距。

二、实验器材1. 薄透镜2. 光源3. 物体4. 屏幕5. 尺子6. 实验台三、实验步骤1. 将实验台放置在平稳的桌面上，确保实验台水平。

2. 将光源放置在实验台的一侧，并调整光源位置，使光线射向透镜。

3. 在透镜的另一侧放置物体，并移动物体的位置，直到在屏幕上观察到清晰的像。

4. 使用尺子测量透镜与物体的距离，即为物距。

5. 使用尺子测量透镜与屏幕的距离，即为像距。

6. 重复上述步骤多次，记录每次的物距和像距。

四、实验数据处理1. 将实验中测得的物距和像距数据整理成表格。

2. 根据薄透镜成像公式，计算每次实验得到的焦距。

3. 对焦距数据进行统计分析，计算平均值和标准偏差。

五、实验结果与讨论通过实验数据处理，得到了多次测量的焦距数据。

根据数据计算，得到了平均焦距为XX，标准偏差为XX。

可以看出，实验结果的标准偏差较小，说明实验测量结果较为准确。

然而，在实验过程中可能会存在一些误差来源。

首先，光线的折射现象会产生一定的误差。

其次，透镜的制作和形状可能存在一定的偏差，也会对实验结果产生影响。

此外，实验者的操作技巧和观察能力也会对实验结果产生影响。

为了减小误差，可以采取以下措施。

首先，保持实验台的水平稳定，避免实验台晃动对实验结果产生干扰。

其次，使用光源和屏幕时，要确保光线的直线传播，避免光线的散射和干扰。

此外，可以多次重复实验，取平均值，以减小个别误差的影响。

六、实验结论通过本实验，我们成功测量了薄透镜的焦距，并得到了平均焦距为XX。

测薄透镜焦距实验报告
实验目的：
通过测量薄透镜的物距和像距，计算出其焦距，验证薄透镜公式。

实验器材：
薄透镜、光学台、目镜、卡尺、灯泡、电极丝、透镜架、毛玻璃纸等。

实验步骤：
1.将透镜架放在光学台上，调整透镜架的高度，使透镜的中心与光轴重合。

2.调整灯泡和电极丝的距离，使射出来的光线尽可能平行，并将光线通过透镜。

在透镜另一端放置一张毛玻璃纸。

3.将目镜放到透镜的一侧，在透镜的近焦点处调节目镜，找到清晰的像点，记录下物距和像距的值。

4.再将目镜放到透镜的另一侧，在透镜的远焦点处重复步骤3。

5.通过测量得到的物距和像距，计算出透镜的焦距。

实验结果：
物距p（cm）像距q（cm）
30.1 20.3
50.0 33.1
80.3 53.0
通过计算得到透镜的焦距f的值为14.8cm，14.7cm和14.9cm，取平均值得到透镜的焦距f=14.8cm。

实验结论：
通过实验测量得到的焦距值与理论值十分接近，验证了薄透镜
公式的正确性。

实验中还发现，当物距和像距相等时，透镜的焦
距就是它们的值。

实验反思：
实验中需要在光线测量和数据处理上花费较多耐心和时间，尤
其是射出的光线不够平行时，需要反复调节才能测量到准确值。

此外，在后续的数据处理中，在计算透镜的焦距时，需要对多次
测量的值取平均值，避免因为个别数据的偏差影响结论的正确性。

光学实验 薄透镜焦距的测定一、［实验目的］1．明确光学实验室规则，训练相应的实验规范行为； 2．认识光学实验平台，学会调节光学系统使之共轴； 2．掌握薄透镜焦距的3种常用测定方法。

二、［实验仪器］ 1．光学平台2．凸透镜（f70 ） ；凸透镜（f190）（待测物） 凹透镜（f-100）（待测物） 3．光源、物屏、像屏、平面镜 三、［实验原理］本实验中仅考虑透镜厚度比球面曲率半径小得多的透镜，此时，透镜的两个主平面与透镜中心面可看作是重合的。

因此，物距u 、像距v 、焦距f 可视为是物、像、焦点与透镜中心的距离。

1．由自准直法测凸透镜焦距2．用物距像距法测透镜焦距设薄透镜的焦距f ，物距为u ，对应的像距为v ,则透镜成像的公式：fv u 111=+ 即 vu uvf +='-------------------（1） 通过物距、像距的测定，求薄透镜的焦距。

3．用两次成像法测凸透镜焦距在下图中，取物、屏之距L > 4f ，且在实验过程中保持不变。

置凸透镜于物、屏之间，移动透镜的座驾观察二次成像的图案，则凸透镜有两个位置Ⅰ与Ⅱ （二者相距为 d ）可使物成像于屏上，其中一个是放大、倒立的实像，另一个是缩小、倒立的实像。

Ld L f 422-='-------------------------（2）分别测量L 和d ，代入上式即可求得凸透镜焦距。

4．测定凹透镜的焦距薄凹透镜是一种发散透镜。

实物经过凹透镜的折射无法形成实像，因此测量焦距的方法一般要加一块凸透镜。

先将实物发出的光经凸透镜折射后形成会聚光束，然后利用会聚光束来测定凹透镜的焦距。

光路图如下图。

先用一块凸透镜（本实验选f70）把光源形成一个汇聚点（实像可以在接受屏上找到成像位置），然后加上待测的凹透镜，则会聚光束经凹透镜发散，形成一个新汇聚点（仍然是实像）。

测出两个汇聚点（实像）到凹透镜中心的距离，就可以知道物距u （负号）和像距v 。

实验1 薄透镜焦距的测定注意: 白光源不能长时间发光, 请同学们在记录数据的时候关闭白光源。

第一部分用实物成实像法测薄凸透镜焦距【实验目的】1.掌握简单光路的分析和调整方法。

2.掌握实物成实像测凸透镜焦距的原理及方法。

【实验仪器】WSZ-1A 18-10 光学平台1.带有毛玻璃的白炽灯光源S2.品字形物屏P: SZ-143.凸透镜L: f=190mm(f=150mm)4.二维调整架: SZ-075.白屏H: SZ-136.通用底座: SZ-047、二维底座: SZ-028、通用底座: SZ-049、通用底座: SZ-04【实验原理】对凸透镜而言, 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, 再利用空气中的薄透镜的高斯公式即可计算出焦距。

【实验内容与步骤】1.把全部光学器件按实验器件图的顺序摆放在光学平台上, 靠拢后目测调至共轴2.调节透镜L的位置, 调节白屏H使品字形物屏P在H上成一清晰的放大像, 记下品字形物屏P的位置a、透镜L的位置b及白屏H的位置c。

3、移动透镜L的位置, 再调节白屏H的位置使其上再次得到P的清晰像, 记录a、b、c 的位置, 再重复一次。

4.比较实验值和真实值的差异并分析其原因。

【数据处理】Δ='+'=__________f__cmff第二部分用位移法测薄凸透镜焦距f【实验目的】1.掌握简单光路的分析和调整方法。

2.掌握位移法测凸透镜焦距的原理及方法。

【实验仪器】WSZ-1A 18-10 光学平台1.带有毛玻璃的白炽灯光源S2.品字形物屏P: SZ-143.凸透镜L: f=190mm(f=150mm)4.二维调整架: SZ-075.白屏H: SZ-136.通用底座: SZ-047、二维底座: SZ-028、通用底座: SZ-04【实验原理】对凸透镜而言, 当物和像屏间的距离大于4倍焦距时, 在它们之间移动透镜, 则在屏上会出现两次清晰的像, 一个为放大的像, 一个为缩小的像。

薄透镜焦距的测量实验报告实验目的，通过实验测量薄透镜的焦距，掌握测量薄透镜焦距的方法和技巧。

实验仪器，凸透镜、光具架、物镜、白纸、尺子、平行光源。

实验原理，薄透镜的焦距是指平行光线经过透镜后汇聚或者看似汇聚的位置。

对于凸透镜来说，焦距为正，对于凹透镜来说，焦距为负。

焦距的计算公式为1/f = 1/v + 1/u，其中f为焦距，v为像距，u为物距。

实验步骤：1. 将凸透镜固定在光具架上，调整光具架使得凸透镜与平行光源垂直放置。

2. 在凸透镜的一侧放置一张白纸，调整白纸的位置使得凸透镜的像清晰可见。

3. 测量凸透镜与白纸的距离，即像距v。

4. 移动白纸，使得凸透镜与白纸的距离变化，再次测量像距v。

5. 测量物距u。

实验数据记录与处理：实验一：像距v1 = 20cm，像距v2 = 18cm，取平均值v = (20+18)/2 = 19cm。

物距u = 25cm。

代入公式1/f = 1/v + 1/u，得到焦距f = 47.5cm。

实验二：像距v1 = 15cm，像距v2 = 14cm，取平均值v = (15+14)/2 = 14.5cm。

物距u = 20cm。

代入公式1/f = 1/v + 1/u，得到焦距f = 40cm。

实验结果分析：通过两次实验测量得到的焦距分别为47.5cm和40cm，两次实验结果相差不大，说明实验数据比较准确。

实验中可能存在的误差主要来自于测量距离的精度以及光线的折射等因素。

实验结论：通过本次实验，我们掌握了测量薄透镜焦距的方法和技巧，同时也加深了对薄透镜焦距的理解。

在实际应用中，我们可以通过测量薄透镜的焦距来确定透镜的性质，为光学系统的设计和调试提供重要参考。

总结：本实验通过测量薄透镜的焦距，加深了对光学原理的理解，同时也提高了实验操作的技能。

在今后的学习和科研中，我们将更加熟练地运用光学知识，为科学研究和工程技术的发展贡献自己的力量。

南昌大学物理实验陈述之杨若古兰创作课程名称：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：先生姓名：学号：实验地点：基础实验大楼坐位号： 01实验时间：第7周礼拜3下战书 4点开始一、实验目的：1．把握光路调整的基本方法；2．进修几种测量薄透镜焦距的实验方法；3. 观察薄凸透镜、凹面镜的成像规律.二、实验道理：(一)凸透镜焦距的测定如图所示，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，挪动透镜（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，构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，即因为这个方法是利用调节实验安装本人使之发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.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间（光心）量起，与光线行进方向分歧为正，反之为负，如图所示.若在实验平分别测出物距和像距，即可用式求出该透镜的焦距.但应留意: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.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坚持不变，沿光轴方向挪动透镜，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间地位不容易确定而在测量中引进误差.而共轭法只需在光具座上确定物屏、像屏和透镜二次成像时其滑块挪动的距离，就可较精确地求出焦距.这类方法无需考虑透镜本人的厚度，测量误差可达到.操纵方法：粗测凹面镜焦距，方法自拟.取D大于.调节箭矢中点与透镜共轴，而且应使透镜光轴尽量与光具座导轨平行.来去挪动透镜并细心观察，成像清晰时读数.反复多次取平均值.（二）凹面镜焦距的测定成像法（辅助透镜法）如图所示，先使物AB发出的光线经凸透镜后构成一大小适中的实像，然后在和之间放入待测凹面镜，就能使虚物发生一实像.分别测出到和之间距离、，根据式即可求出的像方焦距.三、实验仪器：光具座、凸透镜、凹面镜、光源、物屏、平面反射镜、水平尺和滤光片等四、实验内容和步调：1. 光学零碎的共轴调节共轴调节是光学测量的先决条件，也是减少误差、确保实验成功的次要步调.所谓“共轴”，是指各光学元件（如光源、物、透镜等）的主光轴重合.因为在光具光具座上进行，所以须使光轴平七、思考题：1．利用f=(D*D-d*d)/4D测量凸透镜焦距有什么好处？答：涉及测量量少，减少误差.2.试证实，共轭法中，物与屏间的距离.由公式得D(D-4f)=，又因为D>0,所以.八、附上原始数据：。