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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1.0%5.0%。 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,且实验过程中保持不变时,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。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。4用位移法测凸透镜的焦距。 七、实验器材(设备、元器件):光具座,光源,透镜架,1字矢孔屏,观察屏,凸透镜,凹透镜;八、实验步骤:1共轴调节参照图3布置光路,放置物屏和像屏,使其间距,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,方能达到要求。2自准直法测焦距如图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和。 图43物距像距法测焦距如图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。 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,并记下它们的坐标和,移动透镜,用左右逼近法确定透镜的两次理想位置坐标和,测量5次。九、实验数据及结果分析:1自准直法物(像)位置坐标(mm)350.0透镜的位置坐标(mm)544.02物距像距法物坐标= 350.0 mm 透镜坐标= 686.0 mm测量次数像屏位置12345左逼近读数(mm)1131.01128.01140.01136.01133.6右逼近读数(mm)1124.81125.01131.01128.01129.8(mm)1127.91126.51135.51132.01131.7测量结果用不确定度表示: 上式中,完成不确定度、和计算如下:因为和都只测量了一次,只有非统计不确定度,即是多次测量,其统计不确定度为非统计不确定度为的合成不确定度为 3位移法按下表记录数据:测量次数透镜第一位置透镜第二位置(mm)(左逼近)(mm)(右逼近)(mm)(左逼近)(mm)(右逼近)1630.0624.2627.1968.2964.2966.2物坐标(mm)350.0像坐标(mm)1250.0十、实验结论:测出了凸透镜的焦距。十一、总结及心得体会:只有当各光学元件,如光源、发光物(矢孔屏)、透镜等的主光轴重合时,薄透镜成像公式在近轴光线的条件下才能成立。习惯上称各光学元件主光轴重合为“共轴”。调节“共轴”的方法一般是先粗调后细调。十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议:自准直法测焦距时,平面反射镜距物屏最好不要超过35厘米。 报告评分: 指导教师签字: 1数据
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