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南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱：普通物理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)名稱：薄透鏡焦距的測(cè)量及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong> 1.學(xué)會(huì)測(cè)量透鏡焦距的幾種方法。 2. 掌握簡單光路的分析和光學(xué)元件等高等共軸調(diào)節(jié)的方法。 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.進(jìn)一步熟悉數(shù)據(jù)記錄和處理方法，熟悉光學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)則。 | 二、實(shí)驗(yàn)原理： 1.凸透鏡焦距的測(cè)定 - 粗略估算法：以太陽光或較遠(yuǎn)的燈光為光源，用凸透鏡將其發(fā)出的光線聚成一光點(diǎn)，此時(shí)，s→∞，s’≈f’，即該點(diǎn)可以認(rèn)為是焦點(diǎn)，而光點(diǎn)到透鏡中心的距離，即為圖透鏡的焦距，此法測(cè)量的誤差約在10%左右。由于這種方法誤差較大，大都用在實(shí)驗(yàn)前作粗略的估計(jì)，如挑選透鏡等，如圖1.
- 物像法：當(dāng)透鏡的厚度遠(yuǎn)比其焦距小的多時(shí)，這種透鏡稱為薄透鏡。在近軸光線的 條件下，薄透鏡成像規(guī)律克表示為：
 （1），當(dāng)將薄透鏡置于空氣中時(shí)為：  （2） 式中，f’為像方焦距；f為物方焦距，如圖2。
（3）共軛法：如圖3所示，使物與屏間的距離D>4f并保持不變，沿光軸方向一定透鏡，得到二次成像。設(shè)物距為S1時(shí)，得到的是放大倒立實(shí)像；物距為S2時(shí)得到縮小倒立實(shí)像，透鏡兩次成像之間的位移為d，根據(jù)透鏡成像公式，課得：  （3）。 2.凹透鏡焦距的測(cè)定 輔助成像法：如圖4所示，  為凸透鏡，  為凹透鏡，先由物體AB發(fā)出的光線經(jīng)  后形成一大小適中的實(shí)像  ，然后在 和 之間放入  ，就能使虛像 產(chǎn)生一實(shí)像  。分別測(cè)出 到 和 之間的距離S2,S2’,根據(jù)公式（2）即可求出 的像方焦距f2’。
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圖1 圖2
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圖3 圖4 顯微鏡是用來觀察近處微小物體細(xì)節(jié)的重要目視光學(xué)儀器。它對(duì)被觀察物進(jìn)行了兩次放大：第一次是通過物鏡將被觀察物成像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。如圖5所示。 望遠(yuǎn)鏡的作用是使通過望遠(yuǎn)鏡所看到的物體對(duì)眼睛的張角大于用眼睛直接觀察物體的張角，從而產(chǎn)生放大的感覺。 開普勒望遠(yuǎn)鏡：由兩個(gè)凸透鏡組成，物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，如圖6所示。 伽利略望遠(yuǎn)鏡：由長焦距的凸透鏡和一個(gè)短焦距的凹透鏡組成，物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，如圖7所示。 圖5
圖6 圖7 | 光具座、凸透鏡、凹透鏡、光源、物屏、平面反射鏡、水平尺 | 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟： 1.調(diào)節(jié)光具座上的光學(xué)元件，使其水平。 2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，分別求出凸透鏡和凹透鏡的焦距。 3.根據(jù)步驟2測(cè)出的數(shù)據(jù)分別計(jì)算出凸透鏡和凹透鏡的焦距，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)原理組成顯微鏡、開普勒望遠(yuǎn)鏡和伽利略望遠(yuǎn)鏡。 | - 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理：
凸透鏡焦距的測(cè)量： 凹透鏡 光學(xué)系統(tǒng) D=25cm 實(shí)驗(yàn)總結(jié)：第一，在第一次實(shí)驗(yàn)過程中，我發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器磨損比較嚴(yán)重的情況，會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有較大的系統(tǒng)誤差。在第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器換成了新儀器，可能會(huì)導(dǎo)致我們第一次測(cè)定的焦距與第二次實(shí)驗(yàn)的不同。 第二，這次實(shí)驗(yàn)很好地提高了我們的動(dòng)手，對(duì)薄透鏡成像原理有了更深的印象。
| 六、誤差分析： 1、實(shí)驗(yàn)儀器使用過多有損耗，有系統(tǒng)誤差。 2、沒有標(biāo)準(zhǔn)的平行光源。 3、透鏡對(duì)于不同頻率的光，焦距不同，叫色差。 4、光具座的標(biāo)尺本身有誤差。 5、光束偏離主光軸較大時(shí)，聚焦也有誤差，叫做球差。 | 1、用共軛法測(cè)凸透鏡焦距有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答：（1）像的清晰程度就變化明顯。 （2）不需要準(zhǔn)確確定凸透鏡光心的位置。 2、試證明，共軛法中，物與屏間的距離 D＞4f。 答：物屏和像屏間距D大于4F才有可能移動(dòng)透鏡時(shí)在光屏上成兩次大小不同的像。由1/u+1/v=1/f（其中u,v,f分別代表物距，相距，焦距。）得f=u+fu/(u-f)，D=u+v=u*u/(u-f);對(duì)D求導(dǎo)得D'=(u*u-2uf)/[(u-f)*(u-f)]；令D'=0，得u=2f,Dmin=D(2f)=4f，因?yàn)橐史糯罂s小的像，故u>2f,D>4f. 八、附上原始數(shù)據(jù)： |
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薄透鏡焦距測(cè)量及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc
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