***(201*******)(復旦學院工程化學系,廣州)摘要借助焦距儀與已知焦距得單反透鏡檢測了待測凸透鏡與凹透鏡焦距、分別用共軛法與焦距儀法檢測了同一凸透鏡焦距,分別用自準法與焦距儀法檢測了同一凹透鏡焦距、實驗測得凸透鏡焦距為15、53cm(共軛法),15、62cm(焦距儀法),凹透鏡焦距為-22、61cm(自準法),-22、67cm(焦距儀法)、兩種方式測得得透鏡焦距均符合得較好、關鍵詞凸透鏡;凹透鏡;焦距;焦距儀概述透鏡就是最基本得光學器件,依據(jù)光學儀器得使用要求,常需選擇不同得透鏡或透鏡組、透鏡得焦距就是反映透鏡特點得基本參數(shù)之一,它決定了透鏡成像得規(guī)律、為了正確地使用光學儀器,必須熟練把握透鏡成像得通常規(guī)律,學會光路得調節(jié)技術與檢測焦距得方式、實驗目得1)加深理解薄透鏡得成像規(guī)律2)學習簡單光路得剖析與調節(jié)技術3)學習幾種檢測透鏡焦距得方式薄透鏡成像規(guī)律透鏡得長度相對透鏡表面得曲率直徑可以忽視時,稱為薄透鏡、薄透鏡得近軸光線成像公式為:其中:f為焦距,p分別為物得大小與像得大小,β為放大率、基本實驗操作1)等高共軸得調節(jié)[1]依次放置光源、物、凸透鏡與光屏在同仍然線上,并讓它們互相緊靠,用鼻子觀察判定并調節(jié)物得中心,透鏡中心與光屏中央大致在一條與光具座滑軌平行得直線上,各光學器件得平面互相平行并垂直于滑軌、用梅花形物屏做物,用標有“+”得屏做像屏、使物與像屏間得距離小于透鏡焦距得4倍,固定物屏與像屏滑塊得位置、移動透鏡,使物在光屏上兩次成像,若所成大像與小像得中心重合在像屏“+”得中心凸透鏡的成像規(guī)律實驗結論,說明系統(tǒng)已處于等高共軸狀態(tài),反之則不共軸,此時應按照兩次成像得具體情況做如上調節(jié):不在“+”得中心,則左右或上下調節(jié)物屏,使“大像”中心落在像屏“+”得中心、(2)聯(lián)通透鏡使物在像屏上成一小像,若小像中心不在“+”得中心,則左右或上下調節(jié)透鏡使小像中心落在“+”得中心、重復(1)、(2)兩步驟、反復將大像與小像中心都調在像屏“+”得中心,直至所成大像與小像中心都重合在像屏“+”得中心為止、2)凹透鏡得使用本實驗所使用得凹透鏡刻度不在凹透鏡中心平面上,故實驗操作時記錄凹透鏡位置每組起碼應記錄兩次,分別將凹透鏡雙面朝同一方向,記錄平均值作為本組實驗得凹透鏡位置、共軛法檢測凸透鏡焦距假如物屏與像屏得距離b保持不變,且b4f,在物屏與像屏間聯(lián)通凸透鏡,可兩次成像、當凸透鏡移至O1處時,屏上得到一個倒立放大虛像,當凸透鏡移至O2處時,屏上得到一個倒立縮小虛像,由共軛關系結合焦距得高斯公式得:實驗中測得a與b凸透鏡的成像規(guī)律實驗結論,就可測出焦距f、光路如上圖所示:實驗數(shù)據(jù)記錄物屏位置P=106、61cm,像屏位置Q=2、位置(cm)87、4587、3887、6087、4887、3887、50O2位置(cm)21、1021、1821、1821、1021、0821、16a=|O2-O1|(cm)66、3566、2066、4266、3866、3066、34實驗數(shù)據(jù)處理估算得:a=66、33cm,b=104、31cm,f=15、53cm其中:a=0、25cm,b=0、20cm=0、09cm故f=15、530、09cm、焦距儀檢測凸透鏡焦距焦距儀光路圖如下圖所示,由幾何關系可得:tan實驗數(shù)據(jù)記錄平行光管焦距f=550、000mm,玻羅版平行線距y=10、’(mm)5、7255、7085、7005、7125、7205、720y2’(mm)2、8602、8762、8692、8892、8822、865y’=|y1’-y2’|(mm)2、8652、8322、8312、8232、8382、855實驗數(shù)據(jù)處理估算得:=2、841mm,fx==0、018mm[2][3]fx=fx(=0、11cm故fx=15、630、11cm自準法檢測凹透鏡焦距如下圖,物屏上得長矛AB經凸透鏡L1后成實像A,圖中O1F1=f1為L1得焦距、現(xiàn)將待測凹透鏡L2放在之間,此時,A成為得L2虛物、若虛物剛好在L2得焦平面上,則從L2出射得光湊合是平行光、若在L2前面垂直光軸放置一個平面反射鏡,則最后必然在物屏上成虛像A、此時分別測出L2得位置及虛物得位置,則就就是待測凹透鏡得焦距f、[4]實驗數(shù)據(jù)記錄物屏位置P=106、61cm,凸透鏡位置O1=80、00cm(cm)66、0466、1066、1265、8966、0666、12凹透鏡位置O2(cm)65、0065、1764、8664、9165、0665、14O2=(cm)65、5265、6465、4965、4065、5665、43虛物位置F(cm)42、7942、8642、9042、8643、0043、14實驗數(shù)據(jù)處理估算得:=0、18cm故f=-22、610、18cm焦距儀檢測凹透鏡焦距本實驗得核心就是使用已知焦距得變焦凸透鏡與未知焦距得凹透鏡構成無焦系統(tǒng),此時檢測無焦系統(tǒng)中兩透鏡得位置即可求得凹透鏡得焦距、檢驗無焦系統(tǒng)得方法就是示零法,現(xiàn)將另一凸透鏡放置于焦距儀中,使測微物鏡中可以呈現(xiàn)清晰得像,再將待調無焦系統(tǒng)放在平行光管與測微物鏡之間,調節(jié)無焦系統(tǒng)得寬度使測微物鏡中再度呈現(xiàn)清晰得像,此時無焦系統(tǒng)調節(jié)完畢、裝置如上圖所示、實驗數(shù)據(jù)記錄變焦凸透鏡位置O1=60、00cm,變焦凸透鏡焦距F=31、60cm凹透鏡在右側凹透鏡在一側凹透鏡位置O2(cm)51、6551、4651、4469、2869、5069、35f=|O1-O2|(cm)8、358、548、569、289、509、35實驗數(shù)據(jù)處理估算得:=0、27cm故f=-22、670、27cm推論實驗測得凸透鏡焦距為15、530、09cm(共軛法),15、620、11cm(焦距儀法),凹透鏡焦距為-22、610、18cm(自準法),-22、670、27cm(焦距儀法)、兩種方式測得得透鏡焦距均符合得較好、參考文獻徐漳州、透鏡測焦實驗中等高共軸得調節(jié)[J]、曲阜師范學院學報(自然科學版),1995,S2:67[2]趙玉屏、不確定度A類份量得t因子[J]、物理通報,2000,11:32-33類估算值可靠性得討論[J]、物理實驗,1998,1:17-18[4]任占梅、自準直法檢測凹透鏡焦距得實驗方法[J]、內江科技,2005,2:42
