电子科技大学
实验报告
学生姓名：学号：指导教师：
实验地点：科技实验大楼104室实验时间：
一、实验室名称：透镜焦距的测定
二、实验项目名称：透镜焦距的测定
三、实验学时：3学时
四、实验原理：
1．测凸透镜的焦距
（1）自准直法
如图1所示，用屏上“1”字矢孔屏作为发光物。

在凸透镜的另一边放置一平面反射镜，光线通过凸透镜后经平面反射镜返回孔屏上。

移动透镜位置可以改变物距的大小，当物距正好是透镜的焦距时，物上任意一点发出的光线经透镜折射后成为平行光，经平面镜反射后，再经透镜折射回到矢孔屏上。

这时在矢孔屏上看到一个与原物大小相等的倒立实像。

这时物屏到凸透镜光心的距离即为此凸透镜的焦距。

（2）物距像距法
如图2所示，用屏上“1”字矢孔作为发光物，经过凸透镜折射后成像
在另一侧的观察屏上。

在实验中测得物距u和像距v，则凸透镜的焦距为用自准直法和物距像距法测凸透镜焦距时，都必须考虑如何确定光心的位置。

光线从各个方向通过凸透镜中的一点而不改变方向，这点就是该凸透镜的光心。

凸透镜的光心一般与它的几何中心不重合，因而光心的位置不易确定，所以上述两种方法用来测定凸透镜焦距是不够准确的，误差约为%~%。

图1 自准直法测焦距图2 物距像距法测焦距
（3）位移法
如图3所示，若取光矢孔物屏与观察屏之间的距离f
>，且实验过程
D4
中保持不变时，移动透镜L，当它距离物为u时，观察屏上得到一个放大的清晰的像；当它距离物为u'时，观察屏上得到一个缩小的清晰的像。

根据几何关系和光的可逆性原理，得
代入式（3-20-2）得
图3 位移法测焦距
从上式可知，只要测得物屏与观察屏之间的距离D和两次成像透镜之间的距离d，即可求出凸透镜的焦距f。

这种方法把焦距的测量归结于对可以精确测定的量D和d的测量，避免了确定凸透镜光心位置不准带来的困难。

五、实验目的：
测凸薄透镜焦距。

六、实验内容：
1．共轴调节。

2．用自准直法测凸透镜的焦距。

3．用物距像距法测凸透镜的焦距。

4．用位移法测凸透镜的焦距。

七、实验器材（设备、元器件）：
光具座，光源，透镜架，1字矢孔屏，观察屏，凸透镜，凹透镜；八、实验步骤：
1．共轴调节
参照图3布置光路，放置物屏和像屏，使
其间距f
，移动透镜并对它进行高低、左
D4
右调节，使两次所成的像的顶部（或底部）
之中心重合，需反复进行数次调节，方能达
到要求。

2．自准直法测焦距
如图1布置光路，调透镜的位置，高低左右等，使其对物成与物同样大小的实像于物的下方，记下物屏和透镜的位置坐标
x和L x。

图4 3．物距——像距法测焦距
如图2布置光路，固定物和透镜的位置，使它们之间的距离约为焦距的2倍,移动像屏使成像清晰,调透镜的高度，使物和像的中点等高,左右调节透镜和物屏，使物与像中点连线与光具座的轴线平行,用左右逼近法确定成理想像时，读像屏的坐标,重复测量5次。

4．位移法测焦距
在共轴调节完成之后，保持物屏和像屏的位置不变，并记下它们的坐标
x和i x，移动透镜，用左右逼近法确定透镜的两次理想位置坐标1L x和2L x,测0
量5次。

九、实验数据及结果分析：
1．自准直法
2．物距——像距法
物坐标0x = mm 透镜坐标L x = mm
测量结果用不确定度表示：
上式中，完成不确定度0x σ、xL σ和xi σ计算如下： 因为0x 和L x 都只测量了一次，只有非统计不确定度，即
i x 是多次测量，其统计不确定度为
非统计不确定度为
i x 的合成不确定度为
3．位移法
按下表记录数据：
十、实验结论：
测出了凸透镜的焦距。

十一、总结及心得体会：
只有当各光学元件，如光源、发光物（矢孔屏）、透镜等的主光轴重合时，薄透镜成像公式在近轴光线的条件下才能成立。

习惯上称各光学元件主光轴重合为“共轴”。

调节“共轴”的方法一般是先粗调后细调。

十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：
自准直法测焦距时，平面反射镜距物屏最好不要超过35厘米。

报告评分：
指导教师签字：。