2023年大学物理实验仿真实验实验报告.doc

仿真实验（单摆测重力加速度和单透镜焦距的测定）引言随着计算机应用的普及，在各个应用领域都采用计算机设计和仿真，在大学物理实验课教学中，除了实际操作外还可以进行计算机仿真实验，对有些内容采用仿真实验也可以起到很好的效果一、实验目的：1、了解仿真实验特点2、学会用仿真实验完毕单摆测重力加速度3、学会用仿真实验完毕单透镜焦距的测定二、实验仪器：计算机、仿真软件三、实验原理1、单摆的工作原理单摆在摆动过程中，当摆角小于5度时，其运动为简谐运动，周期，通过测定摆长与可测定加速度具体请见：课本240-243页2、单透镜焦距测定的原理凸透镜的成像规律为：像的大小和位置是依照物体离透镜的距离而决定的当时，极远处的物体通过透镜在后焦点附近成缩小的倒立实像当时，物体越靠近前焦点，像逐渐远离后焦点且逐渐变大当时，物体位于前焦点，像存在于无穷远处当时，物体位于前焦点以内，像为正立放大的虚像，与物体位于同侧，由于虚像点是光线反方向延长的交点，因此不能用像屏接受，只能通过透镜观测１）、自准直法测凸透镜的焦距光路图如下图1所示当物体A处在凸透镜的焦距平面时，物A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M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′所以自准直法的特点是，物、像在同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物A物A′Lfx1x2图1自准直法光路图M凸透镜焦距： (1)x1为物屏在光具座上位置读数，x2为凸透镜在光具座上位置读数２）、贝塞尔法（共轭法，二次成像法）测凸透镜的焦距运用凸透镜物像共轭对称成像的性质测量凸透镜焦距的方法，叫共轭法所谓“物像共轭”是指物与像的位置可以互换，透镜位置与像的大小一一相应固定物与像屏间的距离不变，并使间距D大于4f，则当凸透镜置于物体与像屏之间时，移动凸透镜可以找到两个位置，使白屏上都能得到清楚的实像一个大像，一个小像物屏A’’A’透镜第一次位置u1图2共轭法光路图透镜第二次位置v1v2u2dD像屏透镜移动的距离为，物屏、像屏之间的距离为，运用物像共轭的对称性质有： （2）只要测出和，即可求出以上两种方法，共轭法测出的焦距一般较为准确，它避免了物距像距法估计光心位置不准带来的误差，它毋须考虑透镜自身的厚度３）、物距像距法测凹透镜的焦距凹透镜是发散透镜，无法成实像，因而无法直接测量其焦距，往往采用一凸透镜作辅助透镜来测量。

测量方法：辅助透镜成像法设物屏发出的光，经辅助凸透镜成实像于处，放入待测焦距的凹透镜成实像于处，则和相对于来说分别是虚物和实像分别测出到和的距离和，根据(1)式，就可以算出焦距如图3所示 B图3测量凹透镜焦距光路图L1x1x2x3vuAA’A’’O1O2L2B’B’’实物AB经凸透镜L1成像于A′B′在L1和A′B′之间插入待测凹透镜L2，就凹透镜L2而言，虚物A’B′又成像于A″B″实验中，调整L2及像屏至合适的位置，就可找到透镜组所成的实像A″B″因此可把O2A′看为凹透镜的物距u，O2A″看为凹透镜的像距v，则由成像公式可得 （虚物的物距为负） （3）由于，求出的凹透镜L2的焦距f 为负值 四、实验内容1、单摆测重力加速度① 用游标卡尺测量钢球直径6次；② 选择不同摆长，测量10个全振动所需要的时间；③ 计算重力加速度，并计算其平均值2、单透镜焦距的测定① 自准直法测凸透镜的焦距；② 贝塞尔法（共轭法，二次成像法）测凸透镜的焦距；③ 物距像距法测凹透镜的焦距五、实验环节请留大约半面空白，在实验室完毕（记录自己的实验过程）。

六、数据记录与解决1、单摆测重力加速度① 用游标卡尺测钢球直径：序号123456平均值摆球直径(cm)② 摆长与周期关系摆线长(cm)50.0060.0070.0080.0090.00摆长(cm)(S)(S)= （注意计算过程中的单位换算，结果保存3位有效数字）2、单透镜焦距的测定表一、自准直法测凸透镜焦距(单位:cm)次数物屏透镜123 表二 二次成像法测凸透镜焦距(单位:cm)次数物屏大像小像像屏123 表三 物距像距法测凹透镜焦距(单位:cm)次数凹透镜像屏1 像屏2123 思考题：1、近视眼镜片和远视眼镜片各为什么种透镜？2、比较测凸透镜焦距所用的方法，哪一种方法误差小？实验注意事项和存在的问题：1、要按照规定打开程序2、若程序无法启动，可以将计算机注销一下3、实验完毕后请将电脑正常关闭。