“大学物理实验课程论文“
授课学期2012 学年至2013 学年
第二学期
学院化学化工学院
专业应用化学
学号201210901114
姓名杨启冠
交稿日期2013.6.17
成绩
阅读教师签名
日期
薄透镜焦距的测定论文
薄透镜是最常用的基本光学组件，它由两个折射面组成，其间是构成透镜的媒质。
所谓薄透镜是指透镜的中心厚度与两个折射球面的半径相比，可以忽略不计的透镜。
透镜分为两大类：一类是凸透镜，对光线起会聚作用，焦距越短，会聚本领越大；另一类是凹透镜，对光线起发散作用，焦距越短，发散本领越大。
凸透镜、凹透镜、焦距
透镜是由透镜物质（如玻璃、水晶等）制成的一种光学组件。
在天文、军事、医学、艺术、交通等领域发挥着重要作用。
实验的目的是学会光学系统的调节和掌握薄透镜焦距的常用测定方法。
本次薄透镜的测量包括对凸透镜和凹透镜的测量。
其中，凹透镜常用的测量方法有物距像距法、两次成像法和自准直法三种测量方法，而凹透镜也有物距像距法和自准直法两种常用的测量方法。
一、凸透镜焦距的测量
（1）、自准法。
由透镜成像公式1/u+1/v=1/f（u为物体到薄透镜中心面
的距离，称为物距；v为像到透镜中心面的距离，称为像距；f为焦距）可知，
当u=f时，有v=∞，即像方空间为平行光；类似有u=∞，则v=f。
如图1所示，以下是测量物屏位置和透镜位置的参考数据：
单位：cm
其中，
f—=15.02cm，△f=（|14.85-15.02|+|15.10-15.02|+|15.10-15.02|）/3=0.11cm
f =(f__+△f)=(15.02+0.11)cm
2)、物距像距法。
如图所示，光在“1”字屏发出的光线经凸透镜折射后，将成像在透镜的另一侧，测出物距和像距，由公式可算出焦距。
下表是本人测量出来的参考数据：
单位：cm
f’
1=uv/(u+v)=14.80cm，f’
2
=uv/(u+v)=15.07cm，f’
3
=uv/(u+v)=15.12cm
-
f=( f’
1+ f’
2
+ f’
3
)/3=(14.80+15.07+15.12)/3=15.00cm
△f’=(|f’
1-
-
f|+| f’
2
-
-
f|+| f’
3
-
-
f|)/3=(|14.80-15.00|+|15.07-15.00|+|15.12-15.00|)/3=0.13cm
f’=-
f+△f’=(15.00+0.13)cm
3)、两次成像法。
如上图所示，使物体与屏之间的距离L>4f’，并保持不变。
会聚透镜置于物体与白屏之间，移动透镜到I位置时，白屏上是放大的实像；移动到II位置时，白屏上接收到清晰地缩小的实像。
d为透镜两个位置I、II之间的距离。
以下是本人在实验室测下的三组参考数据：
单位：cm
f’1==-D d D 42215.13cm ， f’2==-D d D 42
214.94cm ，
f’3==-D
d D 42
2’=15.07cm
则，-
f =( f’1+ f’2+ f’3)/3=(15.13+14.94+15.07)/3=15.05cm
误
差
：
△
f
,
=(| f’
1
-
-
f
|+| f’
2
-
-
f
|+|
f’3--
f |)/3=(|15.13-15.05|+|14.94-15.05|+|15.07-15.05|)/3=0.07cm 故，f’=（-
f +△f ,
）=（15.05+0.07）cm
一、 测量凹透镜焦距的方法
自准法:凸透镜1L 成像于1O ，在1L 与1O 之间插入凹透镜2L 及平面反射镜M 。
移动2L ，当1O 位于2L 的第一焦点时，则2L 发出的是平行光，根据光路可逆原理，最后必定在O 点形成一个与原物等高、倒立的实像。
这时：
-
f=( f’
1+ f’
2
+ f’
3
)/3=(14.89+14.75+14.91)/3=14.82cm
误差：△f,=(| f’
1-
-
f|+| f’
2
-
-
f|+|
f’
3-
-
f|)/3=(|14.89-14.82|+|14.75-14.82|+|14.91-14.82|)/3=0.08cm
故，f’=（-
f+△f,）=（14.82+0.08）cm
下面我们用物距像距法测量，
如上图，凸透镜L1和凹透镜L2的位置，分别测量出物距u和v的位置，即可用透镜公式计算出凹透镜的焦距。
如下是本文在实验室测出来的参考数据：
单位：cm
f’
1=
v
u+
=-11.08cm ，f’
2
=
v
u+
=-10.34cm
f’
3=
v
u
uv
+
=-10.55cm
所以，-
f=( f’
1
+ f’
2
+ f’
3
)/3=(-11.08+-10.34+-10.55)/3=-10.27cm，
△f’=(| f’
1-
-
f|+| f’
2
-
-
f|+|
f’
3-
-
f|)/3=(|-11.08+10.27|+|-10.34+10.27|+|-10.5+10.27|)/3=0.30cm
故，f'= f+△f'=(-10.26+0.30)cm。
二、误差分析。
1薄透镜厚度引起的焦距测量误差：探究从理想光剧组的焦距公式
出发，理论上分析了薄透镜厚度因其焦距测量的误差。
采用物距像距法
测定焦距，并与二次成像法测得的焦距作比较，得出实验结论；采用物
距像距法测量焦距，因薄透镜引起的误差大小等于物距像距法测得的焦
距与二次成像法测得的焦距只差；由于薄透镜的厚度越厚。
折射越靠近
光心，所测得焦距值会偏小，因此对厚度引起的系统误差进行修正，得
到修正后的焦距为fm+△f.
2系统误差
（1）测量仪器本身的精度造成的
（2）在测量时，未能找到精测的虚像和实像就读出数据，造成的误差
3偶然误差：薄透镜焦距实验中的偶然误差主要来源于试验中对成像
清晰度的判断和刻度尺的读数。
对于同一实验方法中上述偶然误差可用
左右逼近法和多次测量求平均值来减小误差。
但不同的实验方法岂偶然
误差大小也不同。
以下就是就测量薄透镜焦距的几种常用方法做具体分
析。
在本次试验中我们采用了物距像距法、两次成像法、自准直法、有
辅助设计的物距像距法，在此次实验中，物距像距法的误差比较小。
三、实验总结。
在这个学期的实验中，总共做了十个实验，其步骤跟这个薄透镜的测试大同小异。
只要实验前认真复习，实验时认真听讲，实验后好好复习及时写实验报告，就能掌握好实验。
在本次薄透镜测量中，测量出来的实验数据还是可以的。
参考文献：
[1]孙晶华，张杨，刘晓瑜主编. 预备性物理实验.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2008
[2]覃以威主编.大学物理实验（I）.桂林：广西师范大学出版社，2010
[3]康垂令主编.物理实验（第一版）.武汉：武汉理工大学出版社，2009
[4]刘景旺主编.大学物理实验（第二版）.北京：中国水利水电出版社，2010
[5]刑秀文，刘浦财主编.大学物理实验.北京：北京理工大学出版社，2011。