实验名称：薄透镜焦距的测量

实验目的：

   a．学会简单光学系统的共轴调节；

b．掌握几种测量薄透镜焦距的方法。

实验仪器：

   光具座及配件、凸透镜、凹透镜、平面反射镜。

  

实验原理和方法：

   薄透镜是指其厚度比两球面的曲率半径小得多的透镜。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。

   在近轴光束（靠近光轴并且与光轴的家教很小的光线）的条件下，薄透镜（包括凸、凹透镜）的成像公式为：

…………（1）

   式中：为物距；为像距；为焦距。它的正、负规定为：实物、实像时，、为正；虚物、虚像时，为正，为负；凸透镜为正，凹透镜为负。利用上式测定焦距，可以有几种方法，除了本实验中的方法以外，还可用焦距仪测量。

   利用上式时必须满足：

a.  薄透镜；

b.  近轴光线。

实验中常采取的措施是：

a.  在透镜前加一光阑以去边缘光线；

b.  调节各元件使之共轴。

   一般透镜中心厚度有几毫米，也会给测量带来一定的误差。当不考虑透镜厚度时，会有百分之几的误差，这是允许的。

   1. 凸透镜焦距的测量方法

   （1）物距像距法

   由实验分别测出物距及像距，利用（1）式，求出焦距：

……（2）

  

（2）自准法

   从（1）式可知，当像距时，，即当物体上各点发出的光经透镜后，变为不同方向的平行光时，物距即为透镜的焦距。该方法利用实验装置本身产生平行光，故为自准法，见下图。

（3）位移法

当物AB与像屏的间距时，透镜在D间移动可在屏上两次成像，如下图所示，一次成放大的像，另一次成缩小的像。

由公式（1）与图中的几何关系可得：

……（3）

……（4）

由上两式右边相等得：

……（5）

将（5）式代入（3）式得：

……（6）

式中：为物与像屏的间距；为透镜移动的距离。

   2. 凹透镜焦距的测量方法

   因实物经凹透镜后，不能在屏上生成实像，故测其焦距时总要借助一个凸透镜，使凸透镜给凹透镜生成一个虚像，最后再由凹透镜生成一个实像。

  

（1）物距像距法

如下图所示，在没有凹透镜时，物AB经凸透镜后将成实像于，在和间插入凹透镜后，便称为了的物，但不是实物，而为虚物。对而言，物距。该虚物由凹透镜再成实像于，像距。由透镜成像公式（1）得：

注意到这时，，故必有。

（2）自准法

凸透镜成像于，在与之间插入凹透镜及平面反射镜。移动，当位于的第一焦点时，则发出的是平行光，根据光路可逆原理，最后必定在点形成一个与原物等高、倒立的实像。这时：

实验内容和步骤：

      1. 光学系统的共轴调节

   共轴调节是光学测量的先决条件，也是减少误差、确保实验成功的重要步骤。所谓“共轴”，是指各光学元件（如光源、物、透镜等）的主光轴重合。由于在光具光具座上进行，所以须使光轴平行于光具座导轨的刻度线。具体调节分两步进行：

a.  粗调。将安置于光具座上的各光学元件靠拢在一起，用眼观察，并调节它们的中心使它们处在同一高度，且连线（光轴）平行于导轨。

b.  细调。将各光学元件按实验要求移开，利用透镜成像规律进一步调整，移动透镜及屏时，将大小不同的像生成在不同的位置。若这些大小不等的像的中心在屏上的位置重合，则说明系统已共轴；若在移动透镜的过程中，像的中心位置不重合，则应调节透镜的高低或左右位置。

      2. 测凸透镜的焦距

a.  用物距像距法测6次，每次测量应改变物距，分别代入公式（2）求，将结果表示成。

b.  用自准法测6次求平均值，结果以表示。注意：在用自准法测凸透镜焦距时，可发现不用反射镜，透镜本身也会产生反射像，在实验中应加以鉴别。

c.  用位移法测6次。在同一值下测6次，以公式（6）分别算出，并将结果表示成。

      3. 测凹透镜的焦距

a.  以物距像距法测6次，每次改变物距，测像距，分别代入公式（2）求，结果以表示。

b.  用自准法测6次，将结果以表示。

注意：在测量凹透镜的焦距时，测得的数据误差往往较大，原因主要有4个方面：共轴没有调节好；选凸透镜成的小像作为物；选择物距值没有尽可能的大；没有认真判断像的清晰位置。

参数及数据记录：见附表

思考题：

  

1． 答：涉及测量量少，减少误差。

2．答：由，得。

    即

    所以总误差可以控制在6％以内，对测量结果影响不大。

3．答:   所以以为纵轴，为横轴做出的曲线应为过原点的一条直线，曲率为  故。

    4．当物距为2f时，像距为2f，

当物距变小时，变小的范围是从2f到f,但像距的变化是从2f到无限远，所以物像之间距离变大，大于4f，物距变大时同理

 

第二篇：八年级物理上册 探究凸透镜成像的规律实验报告素材 人教新课标版

初二年级物理实验报告：探究凸透镜成像的规律

一、知识准备：

1、了解下列与透镜有关的光学名词的物理意义。

焦点：凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫做焦点，用F表示；

焦距：焦点到光心的距离叫做焦距，用f表示；

物距：物体到凸透镜的距离叫做物距，用u表示；

像距：像到凸透镜的距离叫做像距，用v表示；

实像：由实际光线会聚而成，能在光屏上呈现的像是实像；

虚像：不是由实际光线会聚而成，而是由光线的反向延长线相交而成，不能在光屏上呈现的像是虚像。

2、了解估测凸透镜焦距的简易方法。

   拿一个凸透镜正对着太阳或其它平行光源，再把一张纸放在凸透镜的另一侧，改变透镜与纸的距离，直到纸上的光斑变得最小、最亮（如右图所示），测量这个最小、最亮的光斑到凸透镜的距离，即可估算出凸透镜的焦距。

二、探究实验

【提出问题】

凸透镜成的像的虚实、大小、正倒跟物距有什么关系呢？

【实验器材】

光具座（已固定刻度尺）、凸透镜、蜡烛、光屏、火柴

【实验步骤】

1、估测凸透镜的焦距，并填入表格的上方相应位置处。

2、把蜡烛、凸透镜、光屏安装在光具座上。

3、点燃蜡烛，调整烛焰、凸透镜、光屏高度，使三者中心在同一水平线上。

4、调整物距使u＞2f，移动光屏直到看到清晰的像为止，观察物距、像的性质及像距，并将数据填入表格相应位置。

5、调整物距使u=2f，移动光屏直到看到清晰的像为止，观察物距、像的性质及像距，并将数据填入表格相应位置。

6、调整物距使2f>u>f，移动光屏直到看到清晰的像为止，观察物距、像的性质及像距，并将数据填入表格相应位置。

7、调整物距使u=f，移动光屏直到看到清晰的像为止，观察物距、像的性质及像距，并将数据填入表格相应位置(若找不到像，空着不填)。

8、调整物距使u<f，调整光屏的位置,看能否在屏上找到像。如果不能,试着从光屏一侧透过凸透镜用眼睛直接观察烛焰，观察一下是实像还是虚像，并观察像的大小和正倒填入表中。

9、分析实验数据，得出结论。

10、将实验仪器整理成开始做实验时的样子。

【实验数据】

凸透镜焦距f=      cm

【实验结论】

1、如果以焦点为参考点，则物体离焦点越近，像距离透镜  越远  ，像的大小  越大  。

2、当u=2f时成等大的像，u>2f时成   缩小   的像，u<2f时成   放大  的像，所以，u=2f是成像放大还是缩小的分界点。

3、当u=f时，既不能成实像也不能成虚像，u>f时成实像，u<f时成虚像，所以，u=f是成像  虚实   的分界点。

4、成等大的像时，物距   等于   像距；成放大的像时，像距    大于   物距；成缩小的像时，像距   小于   物距。

5、实像总是  倒立  的，像和物在透镜的    两侧    ；虚像总是  正立  的，像和物在透镜的同侧。

三、知识小结