发布时间 : 星期一 文章大学物理实验教案-测定薄透镜的焦距更新完毕开始阅读0f294e5a591b6bd97f192279168884868662b846
大学物理实验教案
实验项目 测定薄透镜的焦距 1、掌握简单光路的分析和光学系统的共轴、等高调节方法； 教学目的 实验原理 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。 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 1u+1v=1f (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f=x2-x1。 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u=x2-x1，像距v=x3-x2。再利用(1)式便可求出透镜焦距。 1
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O1处时，像屏上出现一个放大的清晰的像(此时物距为u1，像距为v1)，当它移到O2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O1处有 1 在O2处有 u11+1L-u11=1f (2) u1+l由(2)式、(3)式消去f得 +L-u1-l=1f (3) u1=将(4)式代入(3)式得 L-l2 (4) f=其中，L、l均可测，故f可求得。 L-l4L22 (5) 图3 共轭法(两次成像法) 用这种方法虽然较复杂，但它避免了在物距像距法中测量u、v时，由于估计光心位置不准确而带来的误差。 3. 物距像距法测定凹透镜焦距 为了能用物距像距法测凹透镜的焦距，我们加进辅助凸透镜L1为凹透镜
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L2产生一个虚物A′B′，如图4所示。在没有凹透镜L2时，物体AB经L1成清晰像A′B′,然后在L1和A′B′之间插入一个与L1共轴的凹透镜L2，A′B′对于L2来说是一个虚物，调节L2的位置，虚物A′B′经L2成一实像A″B″(也可定性理解为由于凹透镜发散作用，光线的会聚点将远移至A″B″)。分别记下A′B′，A″B″和O2在光具座上的位置X′，X″和X。则物距u=-X￠-X，像距v=Xⅱ-X。将u、v代入(1)式便可算出凹透镜的焦距f。 图4 物距像距法测定凹透镜焦距 教学重点与难点 实验内容 1. 光学系统需要共轴等高调节的原因，及其“大像追小像”的调节方法； 2. 测凹透镜焦距时：如何找出正确的物距；像的大小是否合理。 1、调节物屏与凸透镜等高共轴 （1）先粗调：使物屏上物的中心与凸透镜中心大致在一条与光具座滑轨平行的直线上。 （2）后细调：采用“大像追小像”的方法，使物像共轭法的大小两像中心重合。 2、用共轭法测凸透镜的焦距； 3、用自准法测凸透镜的焦距； 4. 测凸透镜的焦距：利用作图法算出焦距； 5. 用物距像距法测凹透镜的焦距。 测量与数据处理要求 1. 共轴等高的调节：大小像中心是否完全重合； 2. 长度的测量，有效数字：是否估读到mm下一位； 3. 用物距像距法测凸透镜的焦距：作图是否正确； 4. 凸（凹）透镜焦距的测量：是否在误差范围内。 3
思考题 1. 为什么实物经会聚透镜两次成像时，必须使物体与像屏之间的距离D大于透镜焦距的4倍？实验中如果D选择不当，对焦距的测量有何影响？ 2. 为什么采用“大像追小像”的方法， 来调节光具组的共轴等高？ 参考资料 《大学物理实验》—— 马靖 马宋设 施洋主编 《大学物理实验指导》—— 丁道滢 陈之前主编 《物理实验教程》——丁慎训 张连芳主编 《大学物理实验》—— 霍剑青 吴泳华等主编 评分标准 一、预习及操作评分标准 预习部分评分标准(共40分) 1. 2. 3. 4. 5. 实验目的 (5分) 实验仪器 (5分) 实验原理：文字叙述（5分）；主要公式（5分）；原理图（5分） 共轴等高： 粗调 (5分)； 细调 (5分) 共轭法测透镜焦距的优点 （5分） 操作评分标准（共60分） 1． 仪器操作是否规范 （5分） 2． 调共轴等高 （10分） 3． 凸透镜：共轭法 （10分）；平面镜法（10分）；物距像距法（10分） 4． 凹透镜：（10 分） 5． 实验完毕，仪器是否整理 （5分） 二、实验报告评分标准 1． 凸透镜：共轭法 （30分） （1）大小像位置颠倒：扣5分； （2）共轭法测凸焦距，偏差： ?0.2 cm且 ?0.5 cm 扣：5分 ?0.5 cm，且?1 cm 扣：10分 ? 1 cm: 扣15分 2． 平面镜法（10分） 焦距：5分； 其余每格3分 3． 物距像距法（30分） （1）数据10分：每格1分 （2）图形15分：单位5分，布局10分 （3）焦距：5分 4. 凹透镜：（30 分） 每格5分 凹焦距偏差： ?0.2 cm，且 ?0.5 cm 扣：5分 ?0.5 cm，且?1 cm 扣：10分 ? 1 cm： 扣15分
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