大学物理实验--光学基础实验扩展
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1、禹雪冰 郭静 叶天鹏 孙刘洋 李浩,光学基础实验,光学基础实验,一、实验项目名称：,光学基础实验-薄透镜焦距的测定,二、实验目的：,掌握透镜成像的基本规律； 学习基本光路的调整和分析方法。 学会测量薄透镜焦距的几种方法。,三、实验设备及配套软件：,光具座、光源、物屏、薄凸透镜、薄凹透镜、光屏，平面反射镜等,实验原理,在空气中,可得,在傍轴条件下,高斯公式,1、公式法测薄透镜焦距,高斯公式,满足的条件,满足的条件,1、点物成点像 2 、必须在傍轴条件下进行,什么叫傍轴条件,在共轴球面系统中，若入射光线和出射光线靠近主光轴，且与主光轴的夹角很小，使sintg，cos1近似成立，则相应的光线称为傍轴光线，上述条件称为傍轴条件。 在实验中,就要依靠在给定的导轨上进行调节,使有关部件中心等高,来达到满足傍轴的条件。实验中我们可以通过共轭法调节使各光具共轴。,凸透镜焦距的测定 物距-像距法,利用测量得到的物距u像距v代入公式,共轭法,自准直法,当以狭缝光源 作为物放在透镜 的第一焦平面上时，由 发出的光经透镜 后将形成平行光。如果在透镜后面放一个与透镜光轴垂直的平面反射镜 ，则平行光经 反射，将沿
2、着原来的路线反方向进行，并成像在狭缝平面上。狭缝 与透镜 之间的距离，就是透镜的第二焦距 。这个方法是利用调节实验装置本身，使之产生平行光以达到调焦的目的，所以称自准直法。,凹透镜焦距的测定,1、利用辅助透镜成像求焦距,要注意的是u2是凹透镜的焦距，是一虚物，为负值,利用辅助透镜成像求焦距,L 1 为凸透镜，L 2 为凹透镜，M 为平面反射镜，调节凹透镜的相对位置，直到物屏上出现和物大小相等的倒立实像，记下凹透镜的位置 X 2。再拿掉凹透镜和平面镜，则物经凸透镜后在某点处成实像（此时物和凸透镜不能动），记下这一点的位置X 3，则凹透镜的焦距 f=-|X3-X2|。,注意事项,1 光学元件应轻拿轻放，要避免震动和磕碰，以防破损. 2 为了区别凸透镜和凹透镜，可以持镜看书，将字放大者为凸透镜，缩小者为凹透镜. 决不准用手触摸光学元件的光学面（如透镜的镜面），只能接触非光学面（如毛玻璃面）. 也不准对着光学元件说话、咳嗽、打喷嚏，以防污损. 3 光学表面附有灰尘、污物时，不要自行处理（不能用手或布甚至用纸去擦）. 应向教师说明，在教师的指导下进行处理. 4 . 观察的时候用左右逼近法减小误差,禹雪冰 郭静 叶天鹏 孙刘洋 李浩,拓展：薄透镜厚度引起焦距测量误差的探究,实验结论,采用物距像距法测量焦距，因薄透镜厚度引起的误差大小等于物距像距法测得的焦距与二次成像法测得的焦距之差； 由于薄透镜的厚度越厚，折射越靠近光心，所测得的焦距值会偏小，因此对厚度引起的系统误差进行修正，得到修正后的焦距为 .,本研究从近轴条件下薄透镜的焦距公式、理想光具组的焦距公式出发，在尽量减小其它因素引起焦距测量误差的情况下，着重从理论上、实验上分析薄透镜厚度引起焦距测量的误差,物距像距法误差传递公式,厚度与绝对误差的关系,下图为厚度与绝对误差的关系图,从图中可以看出：曲率半径与透镜厚度的比值越大，厚度引起的系统误差就越小；反之就越大。当r/d的比值大于25时，厚度在物距相距法中引起的系统误差可以忽略不计。,谢谢观赏,
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