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新型透鏡焦距測定儀

說

明

書

北京恒奧德科技有限公司

中國   北京

　型新型透鏡焦距測定儀

一、簡介

    用光具座(以透鏡成像原理)測量凸透鏡和凹透鏡的焦距是理工科大學(xué)的一個(gè)主要的光學(xué)物理實(shí)驗(yàn)。

    目前通用的光具座存在下列不足：體積大、易生銹、移動不靈活且必須在暗室中做實(shí)驗(yàn)。根據(jù)這一現(xiàn)象，現(xiàn)已研制成功新型的透鏡焦距測定儀并已投入批量生產(chǎn)。該儀器采用優(yōu)質(zhì)鋁合金材料作底座及配件，以高強(qiáng)度的LED作為光源。經(jīng)過重大改進(jìn)后，新儀器具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：

1、 調(diào)節(jié)方便、體積小、重量輕、不會生銹、不易磨損。

  2 、標(biāo)度線和標(biāo)尺在同一平面上，沒有視覺誤差，測量準(zhǔn)確度高。

  3、耗電少，僅需3伏的電源。

  4、可在明亮實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做光學(xué)實(shí)驗(yàn)。

新型的透鏡焦距測定儀是各理工科大學(xué)、中專物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中理想的優(yōu)質(zhì)光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。

二、操作步驟

將光具座安放在平臺上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要在光具座上放置滑塊(可安裝各種調(diào)節(jié)架)，并將光學(xué)元件(如：光源、光屏、透鏡等)固定在調(diào)節(jié)架上。具體實(shí)驗(yàn)測量方法可參照實(shí)驗(yàn)講義。

三、儀器性能

1、光具座標(biāo)尺長度50.0cm，分度值:1mm，立柱中心指示標(biāo)志線與標(biāo)尺在同一平面。

2、光具座采用鋁合金制成，底座質(zhì)量為2.5kg。

3、光源功率和工作電壓技術(shù)參數(shù)，輸入：AC 220V/50HZ，

輸出：DC 3V/200mA。

4、體積：500mm×120mm×200mm。

四、儀器配件

光具座1個(gè)，滑塊4塊，光屏1個(gè)，光源盒1個(gè)，遮光屏1個(gè)，透鏡座2個(gè)，(凹透鏡1塊，凸透鏡1塊)，3V電源1個(gè)，手電筒1個(gè)。

五、注意事項(xiàng)

1、安裝光具座時(shí)，應(yīng)輕拿輕放，不要相互碰撞，以免影響測量的準(zhǔn)確度。

2、用戶長期不用時(shí)應(yīng)將儀器放在儀器箱內(nèi)保管。

3、透鏡不使用時(shí)應(yīng)將其放在有干燥劑的箱子里存放，防止透鏡發(fā)霉，去除透鏡污垢時(shí)要用專用紙或?qū)Ｓ苗R頭擦濕布以免損壞透鏡表面。

透 鏡 的 焦 距 測 量

焦距是指透鏡的主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離，是透鏡的重要參數(shù)之一，透鏡的成像位置及性質(zhì)(大小、虛實(shí))均與其有關(guān)。焦距測量的準(zhǔn)確性取決于主點(diǎn)及焦點(diǎn)(或像點(diǎn))的定位是否準(zhǔn)確。本實(shí)驗(yàn)介紹了測量透鏡焦距的多種方法，并比較各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

一、實(shí)驗(yàn)原理

在近軸條件下，薄透鏡的成像公式為：

      (1)

式中為像距，為物距，為(像方)焦距。

1、粗測法：

當(dāng)物距趨向無窮大時(shí)，由(1)式可得：，即無窮遠(yuǎn)處的物體成像在透鏡的焦平面上。用這種方法測得的結(jié)果一般只有1--2位有效數(shù)字，多用于挑選透鏡時(shí)的粗略估計(jì)。

2、自準(zhǔn)直法

如圖1所示，在透鏡L的一側(cè)放置被光源照亮的物屏AB，在另一側(cè)放置一塊平面鏡M。移動透鏡的位置即可改變物距的大小。當(dāng)物距等于透鏡的焦距時(shí)，物屏AB上任一點(diǎn)發(fā)出的光，經(jīng)透鏡折射后成為平行光；再經(jīng)平面鏡反射，反射光經(jīng)透鏡折射后重新會聚。由透鏡成像公式可知，會聚光線必在透鏡的焦平面上成一個(gè)與原物大小相等的倒立的實(shí)像。此時(shí)，只需測出透鏡到物屏的距離，便可得到透鏡的焦距。該方法的測量主要是透鏡與物屏之

圖1                               圖2

3、二次成像法(貝塞耳法)：

若保持物屏與像屏之間的距離D不變且D>4,沿光軸方向移動透鏡，可以在像屏上觀察到二次成像：一次成放大的倒立實(shí)像，一次成縮小的倒立實(shí)像。如圖2所示。在二次成像時(shí)透鏡移動的距離為L，則不難得到透鏡的焦距為：

      (2)

4、凹透鏡焦距的測量

上述三種方法要求物體經(jīng)透鏡后成實(shí)像，適于測量凸透鏡的焦距，而不適于測量凹透鏡的焦距。為了測量凹透鏡的焦距，常用一個(gè)已知焦距的凸透鏡與之組合成為透鏡組，物體發(fā)出的光線通過凸透鏡后會聚，再經(jīng)凹透鏡后成實(shí)像。如圖3所示。若令(>0) 為虛物的物距，為像距，則凹透鏡的焦距為：

      (3)

圖3

二、實(shí)驗(yàn)裝置

光具座是一根橫截面為燕尾型的鋁合金導(dǎo)軌，在它的一側(cè)固定一把有刻度的刻度尺。在光具座上安放有滑塊，用來安裝各種調(diào)節(jié)架。按實(shí)驗(yàn)的需要可在調(diào)節(jié)架上安放各種光學(xué)元件(如透鏡、光屏等)。在滑塊的下部有一根刻線，通過刻線可讀出滑塊相對于光具座刻度尺的讀數(shù)，即滑塊的位置。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、必做內(nèi)容：

(1)粗測凸透鏡的焦距。

(2)用自準(zhǔn)直測法測量凸透鏡的焦距。

(3)通過測量物距、像距求凸透鏡的焦距。

(4)用二次成像法測量凸透鏡的焦距。

說明：內(nèi)容(2)(3)(4)需要重復(fù)多次測量。

2、選做內(nèi)容：

利用測得的凸透鏡的焦距值，測量凹透鏡的焦距。

四、思考題

1、能否用上述方法測量厚透鏡的焦距或透鏡組的焦距？

2、在自準(zhǔn)直法測量凸透鏡焦距時(shí)，如何判斷物屏上所成的像是透鏡的自準(zhǔn)直像？

3、在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何調(diào)節(jié)透鏡，使主光軸與光具座刻度尺平行，并使物平面與主光軸垂直？

4、設(shè)計(jì)一個(gè)利用自準(zhǔn)直法測量凹透鏡焦距的實(shí)驗(yàn)。

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例

透鏡焦距測量

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理：

1、自準(zhǔn)直法： 物(像)屏位置讀數(shù)       凸透鏡位置讀數(shù)

               47.80cm               39.70cm   

39.60cm(轉(zhuǎn)過1800)

凸透鏡焦距：       f=47.80-(39.70+39.60)=8.15cm

2、二次成像法(貝塞耳法)

物屏位置讀數(shù)S0=48.00cm，像屏位置讀數(shù)P=9.68cm，則物屏與像屏距離D=|P-S0|=38.32cm。

凸透鏡焦距：         f1=(8.34±0.01) cm

3、凹透鏡焦距的測量

光路圖見圖3。

凸透鏡L1位置讀數(shù)23.30cm，成像位置讀數(shù)10.53cm。插入凹透鏡后(每次略改變位置)，凹透鏡位置讀數(shù)及成像處位置讀數(shù)列于下表：

凹透鏡焦距：          f2=-(18.1±0.2)cm