薄透镜焦距测量及自组显微镜、望远镜
薄透镜焦距的测定
实验目的
• 了解薄透镜的成像规律；
• 掌握光学系统的共轴调节； • 掌握薄透镜焦距的常用测定方法， 比较其优缺点。
实验仪器
•光具座及附件、光源、平面反射镜、物屏、像屏 •待测凸透镜、凹透镜
实验测试前，如何调整“共轴等高”？
可分两步进行。
①粗调：
先将透镜等元器件向光源靠拢，调节高低、左 右位置，凭目视使光源、物屏上的透光孔中心、 透镜光心、像屏的中央大致在一条与光具座导 轨平行的直线上，并使物屏、透镜、像屏的平 面与导轨垂直。
②细调：
若物的中心P偏离透镜的光轴，则所成的大像和小像的中心P′和 P″将不重合，但小像位置比大像更靠近光轴（如下图所示）。
实验中，用什么测量方法确定清晰像的位置？
能够正确判断成像的清晰位置是光学实验获得 准确结果的关键，为了准确地找到像的最清晰 位置，可采用左右逼近法读数。
先使像屏从左向右移动，到成像清晰为止， 记下像屏位置，再自右向左移动像屏，到像 清晰再记录像屏位置，取其平均作为最清晰 的像位。
数据处理
表一 自准法
在L1和A′B′之间插入待测凹透镜L2，就凹透镜L2而言， 虚物A′B′又成像于A″B″。
实验中，调整L2及像屏至合适的位置，就可找到透镜 组所成的实像A″B″。
L1
L2
B
A
O2
A′
A″
O1
B′
u
B″
v
测量凹透镜焦距
因此可把O2A′看为凹透镜的物距u，O2A″看为凹透镜的 像距v，则由成像公式可得
1 1 1 （虚物的物距为负） f u v
实验二几何光学参数测量实验
实验二几何光学参数测量实验一、实验目的：1.掌握简单光路的分析和调整方法2.了解、掌握自准法测薄凸透镜焦距及自组显微镜的原理和方法二、实验原理1.自准法测薄凸透镜焦距f当发光点（物）P处在凸透镜L的前焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。
若用与主光轴垂直的平面镜M将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的前焦面上，其会聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。
2. 自组显微镜物镜L o的焦距f o很短，将F1放在它前面距离略大于f o的位置，F1经L o后成一放大实像F’1，然后再用目镜L e作为放大镜观察这个中间像F’1，F’1应成像在L e的第一焦点f e之内，经过目镜后在明视距离处成一放大的虚像F’’1。
三、实验器材1. 自准法测薄凸透镜焦距f1、带有毛玻璃的白炽灯光源S;2、品字形物像屏P;3、凸透镜L;4、二维调整架;5、平面反射镜M;6、二维调整架;7、滑座1; 8、滑座1; 9、滑座1; 10、滑座1; 11、导轨2. 自组显微镜1、带有毛玻璃的白炽灯光源S ；2、1/10mm 分划板F 1；3、二维调整架；4、物镜Lo ；5、二维调整架；6、测微目镜Le （去掉其物镜头的读数显微镜）；7、读数显微镜架；8、滑座1；9、滑座1；10、滑座1；11、滑座1；12、导轨。
四、 实验步骤1. 自准法测薄凸透镜焦距f第一步 把全部元件按顺序摆放在平台上，靠拢，调至共轴，而后拉开一定的距离； 第二步 前后移动凸透镜L ，使在物像屏P 上成一清晰的品字形像；第三步 调M 的倾角，使P 屏上的像与物重合；第四步 再前后微动透镜L ，使P 屏上的像既清晰又与物同大小；第五步 分别记下P 屏和透镜L 的位置a1、a2；第六步 把P 屏和透镜L 都转180度，重复做前四步；第七步 再记下P 和L 的新位置b1、b2。
2. 自组显微镜第一步 把全部器件按图四的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴； 第二步 把透镜Lo 、Le 的间距设定为180mm ；第三步 沿标尺导轨前后移动F 1（F 1紧挨毛玻璃装置，使F1置于略大于f o 的位置），直至在显微镜系统中看清分划板F1的刻线。
基础物理实验报告测量薄透镜焦距及自组显微镜与望远镜
测量薄透镜焦距及自组显微镜与望远镜一、实验目的1.掌握透镜焦距的简单测量方法；2.较为准确地得到待测凸透镜的焦距；3.掌握显微镜和望远镜的基本结构、工作原理及其调节和使用方法。
二、实验原理（一）、自准直法测量凸透镜的焦距。
首先利用待测透镜自身产生一个位于无限远的物，再用待测透镜对它成像，通过测量像与透镜之间的距离来确定透镜的焦距。
当物像y位于透镜的焦平面上时，经透镜L和平面反射镜所组成的光学系统后，当在焦平面上成一与物等大的倒立实像时，物到透镜中心的距离就是透镜的焦距，此时有公式：f=x L−x y（1）（二）、二次成像法：图2.二次成像法光路图二次成像法光路图如图所示。
首先选定物象间的距离A，并且保证在此间距内，透镜能够在光屏上有两次清晰的成像。
透镜的两个成像位置之间的距离为d 。
S1、S1′分别为成放大像时的物和像的位置，S2、S2′分别为成缩小像时的物和像的位置。
则有：S1−S2=d, S1′−S2′=d, S1′−S1=A, S2′−S2=A（2）透镜成像公式为：1 S′−1S=1f′（3）可得：d=√A(f′−4A) （4）可得：f′=A2−d24A（5）（三）、自组显微镜：通常所提到的显微镜和望远镜的放大倍数是指视角放大率，其中视角ω为：tanω=yl（6）视角放大率为：Γ=tanωitanωe（7）其中：tanωe=y1250tanωe=tanω′=y2f e（8）则有：Γ=y2250y1f e（9）又因为：y2 y1=−Δf0（10）Γ=−Δ250f0f e（11）其中：Δ=M−f0−f e（12）（四）、自组望远镜：望远镜的视角放大率为：Γ=tanωitanωe =tanω′tanω=−f0′f e′（13）此次实验过程中，所组装的望远镜所观察的物体为有限远。
这时需要改变物镜和目镜之间的距离进行调焦，使物体通过物镜所成的实像位于目镜的物方焦平面以里，再经过目镜在明视距离外成一虚像。
光学基础实验报告
光学基础实验报告光学基础实验报告实验1：⾃组望远镜和显微镜⼀、实验⽬的1.了解透镜成像规律，掌握望远镜系统的成像原理。
2.根据⼏何光学原理、透镜成像规律和试验参数要求，设计望远镜的光路，提出光学元件的选⽤⽅案，并通过光路调整，达到望远镜的实验要求，从⽽掌握望远镜技术。
⼆、实验原理1.望远镜的结构和成像原理望远镜由物镜L1和⽬镜L2组成。
⽬镜将⽆穷远物体发出光会聚于像⽅焦平⾯成⼀倒⽴实像，实像同时位于⽬镜的物⽅焦平⾯内侧，经过⽬镜放⼤实像。
通过调节物镜和⽬镜相对位置，使中间实像落在⽬镜⽬镜物⽅焦⾯上。
另在⽬镜物焦⽅⾯附有叉丝或标尺分化格。
物像位置要求：⾸先调节⽬镜⾄能清晰看到叉丝，后调整⽬镜筒与物镜间距离即对被观察物调焦。
望远镜成像视⾓放⼤率要求：定义视⾓放⼤率M 为眼睛通过仪器观察物像对⼈眼张⾓ω’的正切与眼睛直接观察物体时物体对眼睛的张⾓ω的正切之⽐M=ωωtan 'tan 。
要求M>1。
2.望远镜主要有两种情况：⼀种是具有正光焦度⽬镜，即⽬镜2L 是会聚透镜的系统，称为开普勒望远镜；另⼀种是具有负光焦度⽬镜，即⽬镜2L 是发散透镜的系统，称为伽利略望远镜。
对于开普勒望远镜，有M=ωωtan 'tan =-''21f f公式中的负号表⽰开普勒望远镜成倒像。
若要使M 的绝对值⼤于1，应有1f >2f 。
对于伽利略望远镜，视⾓放⼤率为正值，成正像。
此外，由于光的衍射效应，制造望远镜时，还必须满⾜：M=d D式中D 为物镜的孔径，d 为⽬镜的孔径，否则视⾓虽放⼤，但不能分辨物体的细节。
三、思考题1.根据透镜成像规律，怎样⽤最简单⽅法区别凹透镜和凸透镜？答：（1）将这个透镜靠近被观察物，如果物的像被放⼤的，说明该透镜为凸透镜；（2）将这个透镜放在阳光下或灯光下适当移动，如果出现⼩光斑的，说明该透镜为凸透镜．2.望远镜和显微镜有哪些相同之处？从⽤途、结构、视⾓放⼤率以及调焦等⼏个⽅⾯⽐较它们的相异之处。
薄透镜焦距的测量实验总结
薄透镜焦距的测量实验总结薄透镜焦距的测量实验总结引言：薄透镜是光学实验中常用的元件之一，其焦距是薄透镜的重要参数之一。
测量薄透镜焦距的实验方法有很多种，本实验采用物体放在薄透镜的正焦点位置并测量像的位置，从而间接测量薄透镜的焦距。
实验目的：本实验的主要目的是通过测量薄透镜的焦距，了解薄透镜的基本原理，并掌握测量薄透镜焦距的实验方法。
实验设备与原理：本实验使用的设备包括光源、物距确定架、测微器、薄透镜。
根据薄透镜的成像原理，当物体放在薄透镜的正焦点位置时，透过薄透镜的光线会经过折射成一束平行光线，而此时薄透镜会形成一张清晰的像。
实验步骤：1.根据实验要求选择合适的薄透镜，并记录薄透镜的参数。
2.将薄透镜放置在物距确定架上，并确保薄透镜平行于光路。
3.调整物距确定架的位置，使得光源能够发出平行光线并穿过薄透镜。
4.通过测微器测量物体到薄透镜的距离，并记录下来。
5.使用屏幕，调整屏幕的位置，观察并找到一张清晰的像。
6.通过测微器测量像距，并记录下来。
实验结果与分析：在实验过程中，通过测量物体到薄透镜的距离和像距，我们可以计算得到薄透镜的焦距。
假设物体到薄透镜的距离为u，像距为v，薄透镜的焦距为f，则根据薄透镜成像公式1/f = 1/v -1/u，我们可以计算出薄透镜的焦距。
实验中，我们重复进行了多次测量，并计算了薄透镜的平均焦距。
通过这些测量数据，我们可以得到薄透镜的平均焦距，并比较其与理论焦距的差异。
如果实验结果与理论值相差较大，可能是实验中存在误差导致的。
讨论与改进：在本实验中，我们通过将物体放在薄透镜的正焦点位置并测量像的位置的方法来间接测量薄透镜的焦距。
但是，实验中可能存在一些因素会导致测量结果的误差，如光路不够稳定、测量不准确等。
因此，在进行实验时要尽量确保操作的准确性，减小误差。
此外，可以进行一些改进来提高实验的准确性，如使用更精确的测量设备、增加测量次数并取平均值、采用更稳定的光源等。
另外，可以通过在实验中加入其他的测量方法来验证结果的准确性，比如通过测量物体的放大倍数来确定薄透镜的焦距。
大学物理实验薄透镜焦距的测定
实验十：薄透镜焦距的测定一、实验目的：1.掌握测定薄透镜焦距的几种方法2.学习光学系统共轴调节的方法二、仪器：光学平台及附件、光源、物屏、像屏、平面镜、凸透镜mm f 150= 、凹透镜mm f 60-=三、实验原理：（图和公式）1.自准直法2.大像小像法3.辅助成像法12x x f -= ld l f 422-=,,s s ss f += 四、实验步骤： 1. 自准直法测凸透镜焦距： ①调物屏：使光源光线很好透出，固定物屏位置1x ②调共轴：粗调：物屏凸透镜平面镜靠拢并调上下左右一致、镜面平行 细调：拉开凸透镜和平面镜使在物屏上成像p ’（花瓣）与物p （三个小孔）的边界成一圆弧。
调花瓣：亮度均匀（物屏高度），左右（平面镜方位），高度（凸透镜高度）③移动凸透镜成像p ’。
左趋近,2x ，右趋近,,2x，重复5次。
2. 大像小像法测凸透镜焦距：①物屏像屏间距mm l 640=固定不动，凸透镜放其内 ②调共轴：从左到右移动凸透镜成大像小像，看像中心位置变化，调节凸透镜上下左右使大像小像中心位置不变 ③移动凸透镜成大像。
左趋近,1x ，右趋近,,1x ，重复5次。
移动凸透镜成小像。
左趋近,2x ，右趋近,,2x ，重复5次。
3.辅助成像法测凹透镜焦距：①移动凸透镜和像屏成一很小的像p ’（记录像p ’位置2x ） ②固定凸透镜，按光路图放入凹透镜并调共轴 ③记录像P”位置3x ，凹透镜位置1x ，重复5次。
五、数据记录表格：1. 自准直法测凸透镜焦距：单位:mm mm 5.0=∆仪次数PP ’位置1x （固定） 透镜位置(左趋近),2x透镜位置 (右趋近),,2x2,,2,22x x x +=12 3 4 52. 大像小像法测凸透镜焦距:物屏像屏间距mm l 640= 单位:mm mm 5.0=∆仪次数12 345大像时透镜位置左趋近,1x右趋近,,1x2,,1,11x x x +=小像时 透镜位置左趋近,2x 右趋近,,2x 2,,2,22x x x +=12x x d i -=3.辅助成像法测凹透镜焦距: 单位:mm mm 5.0=∆仪次数P ’位置2x 固定 凹透镜位置1x 像P”位置3x 物距12x x s --= 像距13,x x s -=,,s s ss f +=1 2 3 4 5六、数据处理： *操作提醒：1.光源要挡毛玻璃使得光线柔和，物屏要靠近光源（光亮度）2.实验的关键：调节共轴和判断像3.辅助成像法中凸透镜像P ’很小（绿豆）及1x 2x 3x 的位置。
光学实验
sin
i'
1min
sin A 1 ( 1 )2 cos A 1
n
n
sin
i'
1min
sin
A
n2 1 cos A
n
( cos
A
sin
i'
1min
)2
1
sin A
实验内容： 1.调整分光计 （1）目镜的调整：十字叉丝和亮十字清晰 （2）望远镜的调焦 （3）调整望远镜的光轴垂直于旋转光轴 （4）将分划十字线调成水平和垂直 （5）平行光管的调焦 （6）调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴 （7）将平行光管狭缝调成垂直
1.狭缝与棱脊严格平行，狭缝足够小，才能调出 明暗相间的干涉图样。
2.测微目镜鼓轮在运转测量过程中只能一个方向 ，不能回转，因为齿纹有空程差；且测微目镜的 一条十字叉丝应与条纹或虚光源像平行。
光学实验---用掠入射测折射率
实验目的 1.了解分光计的结构，学习分光计的调整方法。 2.学习使用分光计测量玻璃三棱镜顶角。 3.了解掠入射原理，并用掠入射测量三棱镜的折
狭 缝
测微目镜
D
D＞4f
用测微目镜测得大像两虚光源S1、S2的间距l ，
以及小像两虚光源S1、S2的间距l 。
a
b
狭 缝
测微目镜
b
a
大像 l l
D
小像 l l
ab
ba
l
ll
鼓轮上有100个等分格，旋转一圈，通过丝杆带动显微镜指针平移1 mm，因 此每一个等分格相当于0.01mm，再估读一位，最小读数为0.001mm。
三垂直——望远镜轴线垂直中心转轴；载物平台垂 直中心转轴；平行光管轴线垂直中心转轴
测量薄透镜焦距的方法
测量薄透镜焦距的方法
测量薄透镜的焦距可以使用以下几种方法：
1. 构建朗宾透镜实验装置：首先将薄透镜与一短焦距的凹透镜相组合，使其共同构成一个朗宾透镜。
然后将一平行光线照射到朗宾透镜上，并在朗宾透镜的另一侧放置一个屏幕。
调整屏幕的位置，使得在屏幕上能够观察到清晰的聚焦图像。
测量出透镜与屏幕之间的距离，便是薄透镜的焦距。
2. 利用屈光度计：将薄透镜面对着一平行光源，并将屈光度计的目镜对准透镜，观察屈光度计的读数。
然后将薄透镜移动一段距离，直到屈光度计的读数再次稳定下来。
测量透镜移动的距离，便是焦距。
这种方法适用于透镜焦距较大的情况。
3. 利用显微镜原理：将薄透镜放置在一个物体的正下方，通过调节目镜与物镜之间的距离，使得观察到的物体在放大倍率最大的情况下仍然清晰可见。
测量目镜与物镜之间的距离，便是薄透镜的焦距。
需要注意的是，以上方法仅适用于薄透镜，也就是透镜的厚度很小，光线在透镜上的入射和折射角非常小的情况下。
若透镜较厚，或入射光线角度较大，需要考虑透镜的厚度和球面效应对测量结果的影响。
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薄透镜焦距测量及自组显微镜、望远镜
【学习重点】
1.了解和掌握透镜焦距的简单测量方法
2.掌握显微镜和望远镜的基本结构、工作原理及其调节和使用方法【仪器用具】
1.5米光具座、透镜夹持架、凸透镜三个、半透半反镜、平面镜、分化板、钨灯光源
【预习重点】
1.自准法测量透镜的原理
2.位移法测量透镜焦距的原理
3.显微镜和望远镜的工作原理
4.显微镜和望远镜放大倍数的定义及测量中如何运用的
【背景知识】
1.自准法：自准法是自准直技术的简称，它在平行光管和测量望远镜
的调整、测量球面和非球面的面型以
及测量透镜或光学系统的焦距等方面
有着广泛应用，是几何光学实验中经
常采样用的一种实验技术。
无限远的
物经透镜成象，象处在透镜的焦平面
上。
准直技术在光学实验中通常是指
产生平行光束或获得处于无限远的
物的方法。
自准法测量透镜焦距就是首先利用待测透镜自身产生
一个位于无限远的物，再用待测透镜对它成象，通过测量象与透镜之间的距离来确定透镜的焦距。
自准直法测量透镜焦距的原理
如图1所示。
当物y位于透镜的焦平面上时，经透镜L和平面反射镜所组成的光学系统后，如果在焦平面上成一与物等大的到立实象，物到透镜中心的距离就是透镜的焦距。
2.位移法又称贝塞尔法或二次成象法。
测量原理如图2所示。
首先
从理论上可知，只要
A 4f',上述公式都成立，在实验之前思考一下，在实验中这个条件还成
立吗？如果不成立，原因是什么？
3.显微镜是一种助视光学仪器。
显微镜是用来观察和测量有限远微小目标
的工具，光学显微镜根据具体用途可分为许多种类，在实验中经常遇到的是生物显微镜、体视显微镜、工具显微镜、偏光
显微镜和读数显微镜等。
生物显微镜的视放大率较大，在物理实
验中它主要是作为观察工具，用来观察一些微小结构特征；生物
显微镜的有两个特点，通过它观察到的是样品的倒像，它有一个物镜转换装置用来快速更换不同放大倍率目镜。
体视显微镜由两个视放大率相同，具有倒像系统的显微镜的组成，两个镜筒可以按使用者的视角，将被观察样品分别成像与左右两眼，使样品表面的凹凸结构非常清晰，所观察到的是样品的正像，同时它的物镜工作距离较大，在借助它在观察样品的同时，也可以对样品进行所需的操作。
工具显微镜是几何尺寸测量常用的一种仪器，借助精密导轨和转盘使显微镜或样品可以按照直角坐标系或极坐标
种几何形状的精密测量。
偏光显微镜是利用偏振光的干涉原理来检验晶
体各向异性，在物理和光学实验中它经常被用来检验偏振器件，它也是地
矿部门不可缺少的一种仪器。
读数显微镜是物理实验最常用的一种显微
镜，它主要用来进行长度测量，测量范围在几十到几百毫米，测量精度一
般在0.01毫米。
光学显微镜从功能上来看显微镜更像个放大镜，但比放
大镜具有更大的视放大率。
被观察的物y i处在物镜前面一倍焦距和二倍焦距之间，它经物镜
在目镜的焦平面上成一放大的倒立实象y2，通过目镜后成一倒立
的虚象y3于无限远处
显微镜的视角放大率为：250
f o' f e
由上式可知，显微镜的视角放大率等于它的物镜的垂轴放大率和目镜
的视角放大率的乘积。
图4观察有限远物体时的望远镜光路
4.望远镜也是一种助视仪器，用来帮助人们观察远处物体，当位于远处物
体的细节对眼睛的视角小于人眼的分辨极限时，人们必须借助此仪器才能分辨它。
望远镜有两种基本类型：开普勒望远镜和伽利略望远镜。
开普勒望远镜的目镜和物镜均为正透镜。
伽利略望远镜目镜是负透镜（凹透镜），而物镜是正透镜。
伽利略望远镜与开普勒望远镜相比，在相同的视角放大率时，不但体积小而且重量轻。
但它也有一致命的缺点，由于目镜到物镜的距离小于物镜的焦距，所以在物镜与目镜的共焦面上的象是虚像。
因此，伽利略望远镜中不能安置用于测量的分化板，使它的用途受到勒极大的限制。
目前伽利略望远镜主要用于民用和激光扩束。
而开普勒望远镜可以安置分化板，目前它在计量仪器和军用光学仪器
中得到了广泛的应用
在许多情况下，用望远镜所观察的物体并非处于无线远，这时通过改变物镜和目镜之间的距离进行调焦，使物体通过物镜所成的实像位于目镜的物方焦平面以内，再经目镜在明视距离外成一虚像。
其光路如图4所示。
望远镜在观察有限远物体时的视角放大率为
5. 自组显微镜和望远镜并测量其视角放大率
选择合适的透镜作显微镜的物镜和目镜（实验中如何调整使
光学系统共轴？）。
固定两透镜之间的距离为180mm 为估测显微 镜的放大率，在目镜后面放置一个与光轴成 45°的半透半反镜，并 在与光轴垂直方向上相距 25cm 处放置分化板 分化板S 、S 2
是完全相同的，此时，眼睛可以同时看到 S 经过显微镜放大的像 和S2未放大的像。
稍许调节S 的位置，使两个像之间无相对视差
（如有视差，将如何解决？），从对应的刻线距离测量显微镜的视 角
放大率。
图 5 估测显微镜放大倍数
选择焦距合适的两块透镜做望远镜的物镜和目镜。
使作为物 的分化
板和望远镜目镜之间的距离在导轨上尽量达到最大，通过 移动目镜使望远镜对分化板能清楚的成像。
这时，用一只眼睛通 过望远镜看分化板，另一只眼睛直接看分化板，并使二者在视感 中重叠，从对应的刻线间距估测望远镜的放大率。
同时测量 S 1、
S 、S 3,根据上式计算出望远镜的放大率。
并对两个结果进行比较。
t t
（注：显微镜和望远镜的调焦方式有何不同？为什么？）
（学习的目的是增长知识，提高能力，相信一分耕耘一分收获，努力就一定可以获得应有的回报）。