薄透镜焦距的测定教学教案.docx

薄透镜焦距的测定实验教案学部基础学部物理科学系课程名称大学物理实验专业、年级全院理工科教学设计实验题 目薄透镜焦距的测定实验性 质基础实验实验学时4教师李传国教学目 的1、 掌握光学系统共轴等高的调节方法。2、 掌握用左右逼近法读数，以减少目测产生的误差。3、 通过学习测量薄透镜焦距的几种方法， 掌握薄透镜成像原理、简单光路分析和调节方法。重难点重点：共觇法测量凸透镜焦距难点：自准法测量凹透镜焦距教学方 法讲授法、讨论、现场指导课前预 习1、如何用简单的光学方法来判断透镜的凹凸？如何估测凸透镜的焦距？ 2、 光学兀件共轴等局的调节方法是什么？ 3、透镜的成像原理和规律是什么？测量薄透镜焦距的方法有哪些？课堂分 析讨论L 为什么实验之前必须进行同轴等高的调节？ 2、“自准法”测量凸透镜焦距时，为什么物距即为焦距？ 3、 用“共轨法”测凸透镜焦距时，物像距为什么大于四倍焦距且不能取得太大？ 4、 用'自准法"测量凹透镜焦距时，应该注意什么？课后思 考题1、如何用简单的光学方法判断凸透镜、凹透镜？在日常生活中如何估测凸透镜的焦距？ 2、两次成像法（共辄法）中能获得二次成像的条件 是什么？二次成像法（共轨法）有何优点？ 3、以凸透镜成像为例，分析光源、物、透镜、像屏不共轴有何危害？参考文献1、大学物理实验谢行恕康士秀霍剑青主编高等教疗出版社2.大学物理 谢柏林陈义成编， 武汉理工大学出版社，出版时间2014 年1月薄透镜焦距的测定实验教案 一、透镜简介透镜是组成光学仪器的重要元件，它由透明材料（如玻璃、塑料、水晶等）做成，光线通过透镜折射后可以成像。根拯透镜的形状和作用的不同，可分成不同种 类，对常用的薄透镜按其对光的会聚或发散，分为凸透镜和凹透镜两大类。而标志透镜规格的一个重要特性参量就是焦距。因此，掌握测量薄透镜焦距的方法， 熟知其成像规律及学会光路的调节技术是对光学实验工作的起码要求。本实验从测量薄透镜焦距的方法中，选出三种常用的测量透镜焦距的方法（自准法、共轨法、物距像距法）。二、实验原理凸透镜可使光线因折射而会聚，也称会聚透镜。凹透镜具有使光束发散的作用，又称发散透镜。1、薄透镜成像公式通过透镜中心并垂直于透镜的几何直线称作透镜的主光轴，平行于主光轴的平行光经凸透镜折射后会聚于主光轴上的一点尺这点就是该凸透镜的焦点。如图1所示。一束平行于凹透镜主光轴的平行光，经凹透镜折射后成为发散光，将发散光反向延长交于主光轴上的一点尸，称为凹透镜的焦点。如图2所示。从焦点到透镜光心0的距离就是该透镜的焦距£凸透镜的焦距为正，凹透镜的焦距为负。当透镜的厚度与其焦距相比甚小时，这类透镜称为薄透镜，在近轴光线的条件下，其成像规律为透镜成像的高斯公式:U-VUV (1)式中f为薄透镜焦距，u为物距，y为像距。如图3所示，故工. uvJ =U-V应用式（2）时，必须注意各物理量所适用的符号左则，本书规定：光线自左向右传播，距离从透镜光心量起，向左为负，向右为正，即距离与光线进行方向一致时为正，反之为负。运算时已知量必须添加符号，未知量则根据求得结果中的符号判断物理意义。必须注意：薄透镜成像公式只有在近轴光线的条件下才 能成立。为了满足这一条件，应选用一小发光物体，并把它的中心调节到透镜的主光轴上（或在透镜前适当位置上加一光阑以挡住边缘光线，使入射光到透镜 的光线与主光轴夹角很小。）对于由几个透镜等元件组成的光路，应使各光学元件的主光轴重合，才能满足近轴光线的要求，各光学元件的主光轴重合并且平 行于光具座的导轨，称为共轴等高，共轴等高的调肖是光学实验中必不可少的步骤。2、凸透镜焦距的测量方法及原理常用的方法有物距像距法，还有自准法及两次成像法（共制1法），这里着重介绍后两种方法。（1）自准法当发光点（品字屏AB）处在凸透镜L的焦平而上时，物体上各点发出的光线经过透镜折射后成为平行光。如果在透镜后放置一块与主光轴垂宜的平而反射镜平而反射镜将此平行光反射到透镜上。此光线再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平而上（像点A' B'），这个像将在发光点相对于主光轴相对称的位垃上，此时A0就是凸透镜L的焦距千，如（图4），自准法是光学仪器调节时常用的重要方法，也是一些光学仪器进行测量的依据。（注E、B为品字屏，A'B'为品字像）。图4自准法测凸透镜焦距（2）两次成像法（共轨法或贝塞尔法）如图5,物屏与像屏之间的距离/大于透镜4倍焦距（J 处）时，并保持不变，沿光轴方向前后移动透镜。当在位置I时，像屏上将得到一个放大的倒立的实像，当透镜在位置I I时，在像屏上又得到一个缩小的倒立的实像，透镜两次成像时的间距为乩透镜位于位 置I时和位宜I【时，由光的可逆原理可知冬：一 ”2二片。由图5看出/=（52）+V2； J=（$2）/=（.2）+V2；可解出（一 “2）二竿；岭二竿。将物距、像距代入成像公式（1）中得:所以只要测出/和就可以算出凸透镜的焦距。这个方法的优点是，把焦距的测量归结为可以精确测左的量/和/的测良避免了在测量和“时，由于估i I 透镜光心位宜不准确所带来的误差（因为在一般情况下透镜的光心并不跟它的对称中心重合）。（3）物距像距法根据公式二只要测出物距和像距皿口可求出透镜的焦距£VUf3、凹透镜焦距的测量方法及原理凹透镜是发散透镜，不能对实物成像，可用一个凸透镜作辅助透镜，利用虚物成像法来测出凹透镜的焦距。图6物距、像距法测凹透镜焦距如图6物点p发出的光线经过凸透镜么之后会聚于像点将待测凹透镜公亶于a和”之间的合适位置，此时凹透镜的位置不变。由于凹透镜具有发散作用，像点将向后移，所以需要把像屏向后移到适当位置”时才可能得到清晰的实像，对于凹透镜么，”为虚物点，为实像点。励为物距；Q7为像距，即百=7 Co7=v；由物像公式得UV由此即可算出凹透镜的焦距几L三、实验仪器：光源、光具座、凸透镜、凹透镜、物屏（品字屏）像屏（白屏）平而反射镜等。 四、实验数据的测量与处理1、自准法测量凸透镜焦距并求出焦距平均值。2、共轨法测量凸透镜焦距并估算英不确左度，写出结果表达。3、物距像距法测量凹透镜焦距并求出焦距平均值。4、自准法测量凹透镜焦距（选做）。