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《凸透镜焦距的测定》实验指导和报告要求
一、 实验目的
1、 了解透镜成像的原理及成像规律；
2、 学会光学系统共轴调节，了解视差原理的实际应用；
3、 掌握薄透镜焦距的测量方法，会用左、右逼近法确定像最清晰的位置，测量凸透镜； 4、 能对实验数据进行不确定度处理，写出合格的实验报告。 二、 实验原理
薄透镜是透镜中最基本的一种，其厚度较自身两折射球面的曲率半径及焦距要小得多，厚度可忽略不计，在近轴条件下，物距u、像距?、焦距f满足高斯公式：
111??? u?f符号规定：距离自参考点（薄透镜的光心）量起，与光线进行方向一致时为正，反之为负。
1、 物像法
物屏P 凸透镜L 像屏N f u 物距像距法 v
光路如上图所示，测出物距和像距后，代入透镜成像公式即可算出凸透镜的焦距。 2、 共轭法（贝塞尔法、位移法）
物屏与像屏的相对位置l保持不变，而且l?4f，当凸透镜在物屏与像屏之间移动时，可实现两次成像。透镜在x1位置时，成倒立、放大的实像，透镜在x2位置时，成倒立、缩小的实像。实验中，只要测量出光路图中的物屏与像屏的距离D和透镜两次成像移动的距离L，代入下式就可算出透镜的焦距。
D2?L2 f?
4D三、 实验仪器
带标尺的光具座一台，凸透镜一块，箭矢物屏，带电源小灯泡一个，光屏一个，光学元件底座和支架各4个。 四、 实验内容与步骤
（一） 光学系统的共轴调节
先利用水平尺将光具座导轨在实验桌上调节成水平，然后进行各光学元件同轴等高的粗调和细调，直到各光学元件的光轴共轴，并与光具座导轨平行为止。 1、 粗调
将小灯泡、箭矢物（小灯泡与箭矢物的距离大于40厘米）、凸透镜、白屏等光学元件放在光具座上，使它们尽量靠拢，用眼睛观察，进行粗调（升降调节、水平位移调节）,使各元件的中心大致在与导轨平行的同一直线上，并垂直于光具座导轨。 2、 细调
利用透镜二次成像法来判断是否共轴，并进一步调至共轴。当物屏与像屏距离大于4f时，沿光轴移动凸透镜，将会成两次大小不同的实像。若两个像的中心重合，表示已经共轴；若不重合，以小像的中心位置为参考（可作一记号），调节透镜（或物，一般调透镜）的高低或水平位移，使大像中心与小像的中心完全重合，调节技巧为大像追小像，如下图所示。
B?A?OAB??A??O?B 图?a?表明透镜位置偏低（或物偏高），这时应将透镜升高（或把物降低）。而在图?b?情况，应将透镜降低（或将物升高）。水平调节类似于上述情形。注意，已调至同轴等高状态的透镜在后续的调整、测量中绝对不允许再变动。 （二） 凸透镜焦距的测定
用物像法共轭法测量凸透镜焦距。 1、 物像法
1） 先用粗略估计法测量待测凸透镜焦距，然后将物屏和像屏放在光具座上，使它们的距离
略大于粗测焦距值的4倍，在两屏之间放入透镜，调节物屏、透镜和像屏共轴，并与主光轴垂直，记录物屏、像屏位置。 2） 用“左右逼近法”移动透镜找出其成清晰倒立实像的范围坐标位置x左与x右，重复测五次。 2、 共轭法
1）将物屏和像屏在光具座上的距离调为粗测焦距值的略5倍，在两屏之间放入透镜，调节物屏、透镜和像屏共轴，并与主光轴垂直，记录物屏、像屏位置。
2）用“左右逼近法”移动透镜测成放大像时透镜的坐标位置x左与x右及成小像时的坐标位置x左与x右, 重复测五次。
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五、数据记录与数据处理 1、物像法测凸透镜的焦距
表一 x物? x屏? （单位：cm）
次数 项目 1 2 3 4 5 x左 x右 xi?(x左?x右）/2 x??i?15xi ?5
u??x?x物 ?
??x?x屏 ?f?uv ?u?v
UAX???x-x?ii?1525?5?1? ?
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2、共轭法测凸透镜的焦距 表二 x物? 次数 项目 x屏? （单位：cm）
1 2 3 4 5 x左 x右 xi?(x左?x右）/2 'x左 'x右 ''xi'?(x左?x右）/2 5xix?x?? ?x???i ?D1?x屏?x物 L?x??x ?i?15i?15
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?仪3222(x?x)??0.07?0.13'i2'2i?155(5?1)0.012?0.122?0.012?0.182?0.092 ?0.043?cm???0.052202取?仪?1mm，则UBX?222222 ?，从而UL?UAx?UAx?0.07cm'?UBx?2? 0.043?0.052?2?0.01722D?D?0.02UD1cm?L?L?UL?15.25?0.07cmUD1?UBx?2?， 2?0.017 53.50?0.02cm1?
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六、思考题
1、 共轭法测凸透镜焦距时的成像条件是什么？此法有何优点？ 2、 没有接收屏就看不到实像，这种说法正确吗？ 3、