八年级物理物理薄透镜焦距的测量

薄透镜焦距的测量

【学习要求】

1．了解薄透镜成像，观察其成像的像差。

2．学习光学装置的共轴调节技术。

3．掌握根据物像位置关系测定薄透镜焦距的几种方法。

【实验仪器】

光具座、米尺、光源、滤色片、平面物（如细铜丝网），平面反射镜、光屏、待测透镜等。

【实验原理】

透镜焦距是表征其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。最常用的测焦距方法大都是根据物像关系设计的。本实验仅介绍运用物像位置关系测定焦距的几种方法。

令依次表示透镜成像的物距、象距和透镜的像方法焦距（或称第二焦距），则有：

式中各量均从薄透镜的光心量起，并且顺光线传播方向测量得到的物距、像距和焦距是正值，逆光线传播方向测量则得到负值。在实验中确定物、像和透镜的位置，测出了物距和像距，便可计算焦距，即

一个实际物体正的薄透镜后可以成一实像，量取透镜到物的距离和透镜到像的距离，便可计算焦距。而负透镜只具发散性质，不能使实物成实像，因此必须设法确定虚像位置或者采用虚物成实像的方法。如图6—1—2所示，实物首先由辅助正透镜成一实像，将负透镜放在和之间。由于负透镜的发散作用，最终成像在位置。即的物（虚物，）为像。记录下和的位置，便可计算物距、像距和焦距。

由公式（6—1—2）测定正透镜焦距，在一般情况下，要同时测量物距和像距，测量、计算都比较麻烦。采用自准直方法测量焦距，既可以简化测量、免去计算，同时也大大地缩短了光路。自准直法测量薄透镜焦距的光路如图6—1—3所示，当发光点Q恰好处在L的物方焦

面上时，由L出射的平行光经平面镜反射再次通过透镜并成像在焦面上。如果平面镜和光轴垂直，则像和物关于光轴对称。

要使实物经正的薄透镜成一实像，物和像之间的距离必须不小于透镜的四倍焦距（请读者证明）。如果实物和接收实像的屏幕之间的距离D大于待测透镜的四倍焦距，那么，在物和屏之间，透镜可取两个位置，如图6—1—4所示。当其在实线透镜位置时，屏上出现缩小的像；当透镜处在虚线透镜所在的位置时，屏上出现放大的像。如以表示透镜可取的两位置之间隔，那么

有时称这种两次成像法为贝塞尔法。

【实验步骤】

光学元件同轴等高的调整。

1．测量凸透镜的焦距。

2．测量凹透镜的焦距。

3．观察透镜成像的像差。

【思考题】

1.为什么说本实验所述的各方法只适于测量薄透镜焦距？试分析每一种测量方法的精度，并把它们加以比较。

2.在贝塞尔法中，可以采用两个开孔的白屏，它们都可以作为物或接收小孔像。请考虑，这样做能否提高测量精度？原因何在？

3. 应用自准直法测焦距，有时会发生错觉，当反射镜恰好位于成像平面时，测量的系统误差何在？可否设法减小？

4.有人认为应用贝塞尔法也可以测定厚透镜焦距。请分析，如果这样做，测量的系统误差何在？可否设法减小？

5.为了确定由负透镜所成的虚像位置，可以采用视差法，即：将一枚长针放在负镜和实物之间，在透镜的另一侧用眼通过负透镜观察虚像，并从透镜上方观察长针。适当改变长针位

置，待长针和虚像相互无视差时，长针即占据虚像位置。此外，应用贝塞尔法也可以确定虚像位置，你能设计出具体做法吗？

6.在自准直测量中，如拿去反射镜仍有反射像，试解释产生此现象的原因。