薄透镜焦距的测量实验原理

薄透镜焦距的测量

教学目的 1、了解透镜成像的原理、成像规律及视差原理的实际应用；

2、掌握光学系统的共轴调节技术，掌握薄透镜焦距的测量方法； 3、培养学生实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。

重难点 重点：1）光学系统的共轴调节； 2）透镜焦距的测量。

难点：1）光学系统共轴调节； 2）凹透镜焦距的测量。

教学方法 讲授与演示相结合 学时 3学时

一、实验简介

透镜是最常用的光学元件，是构成显微镜、望远镜等光学仪器的基础。 焦距是表征透镜成像性质的重要参数。测定焦距不单是一项产品检验工作，更重 要的是为光学系统的设计提供依据。学习透镜焦距的测量，不仅可以加深对几何光学 中透镜成像规律理解，而且有助于训练光路分析方法、掌握光学仪器调节技术。

最常用的测焦距方法大都是根据物像关系设计的，如：物像法、大小像法、辅助 成像法等。 二、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 凸透镜和凹透镜的焦距；

4、能对实验结果进行分析，比较各种测量方法的优缺

实验八 薄透镜焦距的测定 透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的一个重要参数是焦距。由于使用目的和条件的不同，需要选择不同焦距的透镜或透镜组，为了在实验中能正确选用透镜，必须学会测定透镜的焦距。常用的测定透镜焦距的方法有自准法和物距像距法。对于凸透镜还可以用位移法(共轭法)进行测定。

光具座是光学实验中的一种常用设备。光具座结构的主体是一个平直的导轨，另外还有多个可以在导轨上移动的滑块支架。可根据不同实验的要求，将光源、各种光学部件装在夹具架上进行实验。在光具座上可进行多种实验，如焦距的测定，显微镜、望远镜的组装及其放大率的测定、幻灯机的组装等，还可进行单缝衍射、双棱镜干涉、阿贝成像与空间滤波等实验。

进行各种光学实验时，首先应正确调好光路。正确调节光路对实验成败起着关键的作用，学会光路的调节技术是光学实验的基本功。

【实验目的】

1．学习测量薄透镜焦距的几种方法。

2．掌握透镜成像原理，观察薄凸透镜成像的几种主要情况。 3．掌握简单光路的分析和调整方法。

【实验仪器】

光具座(全套)、照明灯、凸透镜、平面反射镜、物屏、白屏等。

【实验原理】

1．薄透镜成像公式

由两个共轴折射曲面构成的光学系统称为透镜。透镜的

《大学物理实验》20实验二十 薄透镜焦距的测定

实验二十 薄透镜焦距的测量

焦距是指透镜的主点到焦点的距离，是透镜的重要参数之一，透镜的成像位置及性质(大小、虚实)均与其有关。焦距测量的准确性取决于主点及焦点(或像点)的定位是否准确。本实验介绍了测量透镜焦距的多种方法，并比较各种方法的优缺点。

一、实验目的

1．学习透镜方面的基本知识。

2．掌握薄透镜的焦距的几种测量方法。 二、实验原理 （一）薄透镜成像规律

薄透镜是指透镜中心厚度d比透镜焦距f小很多的透镜。透镜分为两大类：一类是凸透镜（也称为正透镜或会聚透镜），对光线起会聚作用，焦距越短，会聚本领越大；另一类是凹透镜（也称负透镜或发散透镜），对光线起发散作用，焦距越短，发散本领越大。

在近轴光线（指通过透镜中心并与主光轴成很小夹角的光束）的条件下，薄透镜的成像可表示为：

111

+= (1) P′Pf

式中P'为像距，P为物距，f为(像方)焦距。各线距均从透镜中心(光心)量起，与光线进行方向一致为正，反之为负。 （二）薄透镜焦距的测量原理 1.凸透镜的焦距测量

（1）粗测法：

当物距p趋向无穷大时，由(1)式可得：f=P′，即无穷

基础物理实验研究性报告

Thin Lens Focal Length Measurement

薄透镜测焦距

第一作者：陈志良 学号12051251 第二作者：王倩倩 学号12051238 第三作者：姜里京 学号11051219

所在院系

航空科学与工程学院

2013年12月8日

北京航空航天大学 物理基础实验研究性报告 第1页

目录

摘要 ................................................................................................................................... 3 1、实验目的 ..................................................................................................................... 3 2、实验原理 ..................................................................................

薄透镜参数测量

学院：理学院 班级：光科1104班 姓名：于晓洋 学号：11272106 2012年11月26日

薄透镜参数测量

一．实验任务

透镜时组成各种光学仪器的基本光学元件，掌握透镜基本参数的测量，对于了解光学仪器的构造和性能学会光路的分析和调整技术是很有必要的。本实验设计出各种光路，用来测量透镜的各种基本技术参数。 二．实验要求

1. 设计光路，用两种方法测量所给透镜的焦距 2. 设计光路，测量所给透镜的色差 3. 设计光路，测量所给透镜的球差 三．实验方案

1． 物理模型的比较与选择；

1. 用直接法测量焦距

2. 用自准直法找到与原物同样大小的倒立像，测量此时凸透镜光心到像之间的距离 3. 用共轭法测量焦距

4. 将高压汞灯前放上滤色镜观察和测量透镜所产生的色差 5. 将可变光阑放在光路中，观察和测量透镜的球差 2． 实验方法的比较与选择；

1. 直接法测凸透镜的焦距 如图所示，

用平行光垂直照到透镜上，测量聚焦点得距离x2，记透镜中心的位置为x1，那么

f?x2?x1。

2. 自准直法测凸透镜的焦距 如图所示，

当小孔处于透镜主光轴上的前焦点时，光经过透镜成为平行光，此平行光经与光轴垂直的平面反射镜反射，沿原光路返回至小孔，小孔

实验报告 5-

06级数学系 蔡园青 2007年5月18日 PB06001093 实验题目：透镜参数的测量

实验目的：了解光源、物、像间的关系，熟练掌握光具座上各种光学元件的

调节，并测量薄透镜的焦距。

实验原理：

凸透镜焦距的测量 1、平面镜反射法

位于焦点F上的物所发出的光经过透镜变成平行光，再经过平面镜M的反射可以在物屏上得到清晰的倒立的像。

2、公式法测焦距

固定透镜，将物放在距透镜一倍以上焦距处，在透镜的像方某处会获得一个清晰的像p、p?分别对应物距、像距。根据物像公式

111?? pp'f?可得透镜的焦距f?。

3、位移法测焦距

当物和屏之间的距离A大于4f时，固定物和屏，移动透镜至在像屏上可分别获得放大和缩小的实像。两像之间距离为l，通过物像公式，可得

A2?l2 f??

4A只要测得L、l，即可获得焦距f?。 (图7.1.1-4)

测凹透镜的焦距

凹透镜是一发散透镜，物经其仅能成虚像，虚像不能用像屏接受，这样无法直接用物成像的方法来计算焦距，但可利用凸透镜成的像作为凹透镜的物，使其成实像。利用物象公式可以计算出凹透镜的焦距 (图7.1.1-5),

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班级_____________学号____________姓名___________带课老师____________ 完成实验时间_______________签名序号_____________预习检查____________

实验九 用牛顿环干涉测透镜曲率半径

实验目的

1.掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法; 2.通过实验加深对等厚干涉原理的理解;

实验仪器和用具

钠灯,牛顿环仪,玻璃片(连支架),移测显微镜

实验原理

详见教材P113-116. 实验内容 1 实验数据处理

表1 牛顿环相应级数暗环位置读数(零点读数:0.004)单位:cm

测量 级数 序号 1 2 3 21.592 27.690 21.898 27.364 22.257 27.008 22.684 26.570 23.251 26.028 27.475 21.362 27.170 21.676 26.802 22.052 26.371 22.476 25.808 23.052 21.579 27.689 21.893 27.365 22.261 27.009 22.682 26.567 23.249 26.0

等厚干涉测量平凸透镜的曲率半径

一、实验目的

1.观察和研究光的等厚干涉现象及其特点.

2.学习用干涉法测定平凸透镜的曲率半径,并对测量结果的不确定度进行评定.

二、实验仪器

牛顿环实验仪、钠灯、牛顿环实验装置

三、实验原理

如图25.1-1(a)所示，牛顿环实验装置是把一块曲率半径R为数米的平凸玻璃透镜A放在一块光学平板玻璃B上面而构成.在两玻璃面之间就形成了厚度不均匀的空气薄膜，薄膜厚度e从中心接触点到边缘逐渐增加且中心对称.用平行单色光自上而下垂直照射平凸透镜时，透镜下表面的反射光与平板玻璃上表面的反射光是相干的，其光程差与入射光波长λ和空气薄膜厚度有关，在薄膜上表面形成的干涉条纹是以接触点为圆心的一系列明暗交替的同心圆环—牛顿环[如图25.1-1(b)].每一个圆环所在处空气薄膜的厚度都相等，因此这种干涉称为等厚干涉.

在空气薄膜厚度为e处，考虑从其下表面反射的光有半波损失，因此

薄膜上下表面反射的两束相干光的光程差为

??2e?? (25.1-1)

2从图25.1-1(a)中可以看出R2?r2?(R?e)2,简化后得

快门控制灯光和运动

快门在照片曝光时才会打开，当它打开时，光线就会触发图像传感器，快门打开的时间长短对图像曝光度和得到的物体的运动方式有关。

快门和曝光

较慢的快门速度，可以使更多的光线冲击图像传感器，使图像亮度更大一点。较快的快门速度可以使更少的光线冲击图像传感器，使图像更暗一点（如图）。

快门和运动

除了控制曝光以外（到达图像传感器的光线数量），快门速度是拍摄运动物体最重要的控制手段，理解快门速度是很重要的，它决定着您的图像上的运动物体是清晰还是模糊的。快门打开的时间越长，运动物体拍摄出来就越模糊，另外，快门打开的时间越长，你就越有可能在轻微移动相机的情况下得到模糊的图像。

理解快门速度设置

虽然数码相机可以任意分之一秒的，可以任意速度曝光，但当您自己设置时，传统上仍有一系列的速度级供您选择。（这在许多数码相机上都做不到）。这些快门速度设置按顺序排列，每级设置吸收光的数量是下一级的1/2个，是上一级的2倍。传统的快门速度（从最快到最慢）包括1/1000>1/500>1/250>1/125>1/60>1/30>1/15>1/8>1/4>1/2>和1秒。虽然比1秒钟更快的速度是分子为1秒的分数，多数相机无

测自 至 20 年 月 日 时刻：始 时 分 天气： 温度： 成像： 末 时 分 云量： 风向风速： 土质： 太阳方向： 后尺 上丝 下丝 前尺 上丝 下丝 方 向 及 尺 号 后 前 后—前 标 尺 读 数 基本分划 （一次） 辅助分划 （二次） 基+K 减 辅 （一减二） 测站编号 后 距 视距差d 前 距 备注 ?d h 后 前 后—前 h 后 前 后—前 h 后 前 后—前 h 后 前 后—前