(完整版)透鏡焦距的測定及光學(xué)設(shè)計(jì)VIP

1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：透鏡焦距測量與光學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：座位號：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 觀察薄凸透鏡、凹透鏡的成像規(guī)律。2. 學(xué)習(xí)測量焦距的方法：自準(zhǔn)法、物像法、共軛法測凸透鏡焦距；輔助成像測凹透鏡焦距。3. 通過實(shí)驗(yàn)掌握望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的基本原理，并在導(dǎo)軌和光具座上用透鏡自組望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。4. 通過實(shí)際測量了解顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡的主要光學(xué)參量。5. 了解視覺放大率的概念并學(xué)習(xí)其測量方法。二、實(shí)驗(yàn)原理：1測凸透鏡的焦距（ 1）自準(zhǔn)直法如圖 1 所示，用屏上“ 1”字矢孔屏作為發(fā)光物。在凸透鏡的另一邊放置一平面反射鏡，光線通過凸透鏡后

2、經(jīng)平面反射鏡返回孔屏上。移動(dòng)透鏡位置可以改變物距的大小，當(dāng)物距正好是透鏡的焦距時(shí)，物上任意一點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)透鏡折射后成為平行光，經(jīng)平面鏡反射后，再經(jīng)透鏡折射回到矢孔屏上。這時(shí)在矢孔屏上看到一個(gè)與原物大小相等的倒立實(shí)像。這時(shí)物屏到凸透鏡光心的距離即為此凸透鏡的焦距。（ 2）物距像距法如圖 2 所示，用屏上“ 1” 字矢孔作為發(fā)光物，經(jīng)過凸透鏡折射后成像在另一側(cè)的觀察屏上。在實(shí)驗(yàn)中測得物距 u 和像距 v，則凸透鏡的焦距為fuvvu用自準(zhǔn)直法和物距像距法測凸透鏡焦距時(shí)，都必須考慮如何確定光心的位置。光線從各個(gè)方向通過凸透鏡中的一點(diǎn)而不改變方向，這點(diǎn)就是該凸透鏡的光心。凸透鏡的光心一般與它的幾何中心

3、不重合，因而光心的位置不易確定，所以上述兩種方法用來測定凸透鏡焦距是不夠準(zhǔn)確的，誤差約為1.0%5.0% 。圖 1 自準(zhǔn)直法測焦距圖 2物距像距法測焦距3. 共軛法測量凸透鏡焦距如果物屏與像屏的距離 b 保持不變 , 且 b>4f, 在物屏與像屏間移動(dòng)凸透鏡 , 可兩次成像 . 當(dāng)凸透鏡移至 O1 處時(shí) , 屏上得到一個(gè)倒立放大實(shí)像 , 當(dāng)凸透鏡移至 O2 處時(shí) , 屏上得到一個(gè)倒立縮小實(shí)像 , 由共軛關(guān)系結(jié)合焦距的高斯公式得 :實(shí)驗(yàn)中測得a 和 b, 就可測出焦距f. 光路如上下圖所示:4.凹透鏡（輔助成像） ：如下圖所示，在沒有凹透鏡時(shí)，物AB 經(jīng)凸透鏡 L1 后將成實(shí)像 AB ，在

4、 L1 和 BA 間插入凹透鏡 L2 后， BA 便稱為了L2 的物，但不是實(shí)物，而為虛物。對L2 而言，物距 AO。該虛物由凹透鏡L2 再成實(shí)像于 BA, 由透鏡成像公式（ 1）得f 'fss'ss'5. 顯微鏡原理：顯微鏡是用來觀察近處細(xì)小物體細(xì)節(jié)的重要目視光學(xué)儀器吧， 它對被觀察物體進(jìn)行了兩次放大： 第一次是通過物鏡將被觀察物放大于目鏡的分劃板上， 在很靠近物鏡焦點(diǎn)的位置上成倒立放大實(shí)像； 第二次是經(jīng)過目鏡將第一次所成實(shí)像再次放大成虛像供眼睛觀察，原理如圖所以經(jīng)過物鏡和目鏡的兩次放大，顯微鏡的放大率D，其中 D250mm是明視距離。f1f26. 望遠(yuǎn)鏡原理：望遠(yuǎn)鏡

5、是觀察遠(yuǎn)距離物體的光學(xué)儀器。 其作用是使通過望遠(yuǎn)鏡所看到的物體對眼睛的張角大于用眼睛直接觀察物體的張角，從而產(chǎn)生放大感覺。望遠(yuǎn)鏡由物鏡和目鏡組成，物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的像方焦點(diǎn)重合，因此平行光射入望遠(yuǎn)系統(tǒng)后，仍以平行光射出（ 1）開普勒望遠(yuǎn)鏡：由兩個(gè)凸透鏡組成，物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的像方焦點(diǎn)重合，望遠(yuǎn)系統(tǒng)的垂直放大率僅僅取決于望遠(yuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參量，于物距無關(guān)，即yf0yfe（ 2）伽利略望遠(yuǎn)鏡：伽利略望遠(yuǎn)鏡是由一個(gè)長焦距凸透鏡和一個(gè)短焦距凹透鏡組成，物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的像方焦點(diǎn)重合其工作原理如圖三、實(shí)驗(yàn)儀器：光具座、凸透鏡、凹透鏡、光源、物屏、平面反射鏡、水平尺和濾光片等四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：1

6、共軸調(diào)節(jié)參照圖3 布置光路，放置物屏和像屏，使其間距D4 f像的頂部（或底部）之中心重合，需反復(fù)進(jìn)行數(shù)次調(diào)節(jié)，方2自準(zhǔn)直法測焦距如圖 1 布置光路，調(diào)透鏡的位置，高低左右等，使其對，移動(dòng)透鏡并對它進(jìn)行高低、左右調(diào)節(jié)，使兩次所成的能達(dá)到要求。物成與物同樣大小的實(shí)像于物的下方，記下物屏和透鏡的位置坐標(biāo)x0 和xL。圖 43物距像距法測焦距如圖 2 布置光路，固定物和透鏡的位置，使它們之間的距離約為焦距的2 倍 ,移動(dòng)像屏使成像清晰,調(diào)透鏡的高度，使物和像的中點(diǎn)等高,左右調(diào)節(jié)透鏡和物屏，使物與像中點(diǎn)連線與光具座的軸線平行,用左右逼近法確定成理想像時(shí)，,5五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理：1.凸透鏡（ 1）自準(zhǔn)法物

7、透鏡1145.1949.5f1145.1949.5195.6mm2. 物像法物 B透鏡 O像 B1231.0932.0279.01200.0900.02480s11231.0932.0299.（0 mm ）s1'279932653.（0 mm ）s21200.0900.0 300.（0 mm ）s2'248.0900.0652.（0 mm ）由 f 'fss'' 得ssf1'299.0 （653.0）205.1(mm )299.0(653.0)f 2'300.0 （652.0）205.5( mm)300 （652）ff1'f 2&

8、#39;205.1205.5205.3(mm )222f i ' ) 2( f22fi1205.1205.3205.5205.30.28( mm)(21)f 'ff205.30.28 mm物 B（單位： mm ）透鏡 O（單位： mm ）像 B（單位： mm ）1100.01036.0810.01200.01120.0950.0s11100.01036.064.0(mm )s1'810.01036.0226.0(mm )s21200.01120.088.0( mm )s2'950.01120.0170.0( mm )由 f 'fss' '

9、得s sf1'64 22649.8(mm)22664f2'88.0170.058.0( mm)170.088.0ff 1'f2'53. 9 ( cm)22' ) 2(ff ifi15 . 8 ( mm)(21 )f 'ff53.95.8mm3）共軛法物 B（單位： mm） 透鏡 O1（單位：透鏡 O2（單位：像 B（單位：mm ）mm）mm）1200.0900.0600.0300.01100.0580.0750.0250.0D11200.0300.0 900.0(mm )d1900600 300.0( mm )D21100.0250.0850.0

10、(mm )d2750.0580.0270.0(mm )2 2由 f ' D d 得：4Df1'D12d12200.（3mm） f2' D22d22199.5(mm)4D14D2ff1'f 2'199.9( cm)22f i ' )2( ffi10.2( mm)( 21)f 'ff199.9 0.2 mm物 B（單位： cm） 透鏡 O1（單位：透鏡 O2（單位：像 B（單位： cm）cm）cm）1200.01130.0975.0900.01150.01008.9981.5900.0D1405.1195.0201.1(mm )d1351.2

11、255.895.4(mm )D2440.0195.0245.0(mm )d2389.5248.8140.7(mm )2 2由 f ' D d 得：4Df1'D12d1239.0(mm)4D1f 2'D22d2241.7(mm)4D2ff1'f 2'41.739.040.4( mm )222f i ' )2( f22fi139.040.441.740.41.8( mm)( 21)f 'ff40.41.8 mm2.凹透鏡焦距的測定成像法（輔助透鏡法）物凸透鏡 O1凹透鏡 O2像 A1像 A2123.0765.0445.0305.0206.61

12、23.0765.0434.8305.0243.6S1305.0445. 0-140.0 ( mm)s1206.6445. 0-238.4 ( mm)S2305.0434.8-129.8 ( mm)s2243.6434.8-191.2 ( mm)由 fS ? s 得S - sf1S1 ? s134.0 mmS1 - s1f 2S2 ? s240.4（ mm）S2 - s2ff1f 237.2(mm )2f2fi ' )2( fi 14.53(mm)(21)fff37.14.5 mm物凸透鏡 O1凹透鏡 O2像 A1像 A2123.0765.0527.5305.0116.2123.0765.0551.2305.0113.0S1527.5 - 305.0222.5( mm )s1527.5 - 116.2 411.3(mm )S2551.2 - 305.0246.2(mm )s1551.2 - 113.0 438.2(mm )由 fS ? s 得Ssf1198.6 mmf 2202.（4mm ）ff1f 2200.5(mm)2f2f i' ) 2( fi 12.66( mm)(21)fff200.52.7 mm3.望遠(yuǎn)系統(tǒng)1）開普勒望遠(yuǎn)鏡：（單位 mm）物 A物鏡 O1目鏡 O