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光学实验思考题集
一、 薄透镜焦距的测定
⒈远方物体经透镜成像的像距为什么可视为焦距?
答:根据高斯公式=1,有其空气中的表达式为,对于远方的物体有u=-?,代入上式得f′=v,即像距为焦距。
⒉如何把几个光学元件调至等高共轴?粗调和细调应怎样进行?
答:对于几个放在光具座上的光学元件,一般先粗调后细调将它们调至共轴等高。
⑴ 粗调
将光学元件依次放在光具座上,使它们靠拢,用眼睛观察各光学元件是否共轴等高。可分别调整:
等高。升降各光学元件支架,使各光学元件中心在同一高度。
共轴。调整各光学元件支架底座的位移调节螺丝,使支架位于光具座中心轴线上,再调各光学元件表面与光具座轴线垂直。
⑵细调(根据光学规律调整)
利用二次成像法调节。使屏与物之间的距离大于4倍焦距,且二者的位置固定。移动透镜,使屏上先后出现清晰的大、小像,调节透镜或物,使透镜在屏上成的大、小像在同一条直线上,并且其中心重合。
⒊能用什么方法辨别出透镜的正负?
答:方法一:手持透镜观察一近处物体,放大者为凸透镜,缩小者为凹透镜。方法二:将透镜放入光具座上,对箭物能成像于屏上者为凸透镜,不能成像于屏上者为凹透镜。
⒋测凹透镜焦距的实验成像条件是什么?两种测量方法的要领是什么?
答: 一是要光线近轴,这可通过在透镜前加一光阑档去边缘光线和调节共轴等高来实现;二是由于凹透镜为虚焦点,要测其焦距,必须借助凸透镜作为辅助透镜来实现。
物距像距法测凹透镜的要领是固定箭物,先放凸透镜于光路中,移动辅助凸透镜与光屏,使箭物在光屏上成缩小的像(不应太小)后固定凸透镜,记下像的坐标位置(P);再放凹透镜于光路中,并移动光屏和凹透镜,成像后固定凹透镜(O2),并记下像的坐标位置(P′);此时O2P=u,O2P′=v。
用自准法测凹透镜焦距的要领是固定箭物,取凸透镜与箭物间距略小于两倍凸透镜的焦距后固定凸透镜(O1),记下像的坐标位置(P);再放凹透镜和平面镜于O1P之间,移动凹透镜,看到箭物平面上成清晰倒立实像时,记下凹透镜的坐标位置(O2),则有f2 =O2P。
⒌共轭法测凸透镜焦距时,二次成像的条件是什么?有何优点?
答:二次成像的条件是箭物与屏的距离D必须大于4倍凸透镜的焦距。用这种方法测量焦距,避免了测量物距、像距时估计光心位置不准所带来的误差,在理论上比较准确。
6.如何用自准成像法调平行光?其要领是什么?
答:固定箭物和平面镜,移动箭物与平面镜之间的凸透镜,使其成清晰倒立实像于箭物平面上。此时,箭物发出的光经凸透镜后为平行光。其要领是箭物与平面镜间距要大于凸透镜焦距。
7.不同物距的物体经凸透镜成像时,像的清晰区大小是否相同?
答:不相同。原因有二:一是不同区间的物其成像区间范围不相同,二是由于近轴光线条件不能满足,致使存在色像差。
8.用自准法测凸透镜焦距时,透镜光心偏离底座中心坐标时,应如何解决?
答:由于透镜的光心不一定在底座刻线的平面内,所测结果可能偏大或偏小,要消除这一系统误差,可将透镜反转180°,再测量一次,然后取其平均值。
9.分析测焦距时存在误差的主要原因。
答:①共轴等高调节不好;②成像清晰范围找得不准;③由于箭物所放位置不能测量或箭物倾斜没进行修正。
10.没有接收屏就看不到实像,这种说法正确吗?
答:不正确。对于透镜,只要在它成像的范围内,用眼睛对着光线都能看到实像。
11.本实验介绍的几种测量凸透镜的方法,哪一种方法比较好?为什么?
答:从道理上说位移法比较好,因为这种方法把焦距的测量归结于可以精确测量的量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。
12.利用自准直法测凸透镜的焦距时,为什么会发现透镜能在两个不同位置,使 1 字孔屏上出现清晰的像?
答:这是因为除了自准直法产生的哪个像外,凸透镜背对1字孔的那个凹面能象凹面反射镜那样成一个倒立的实像,只是这个像距比凸透镜的焦距小。
13.物距不同时,像的清晰范围是否相同?
答:是不相同的。按近轴光学的分析,物距越大,像的清晰范围越大。
14.在测凸透镜焦距时,可以用测得的多组u 、v 值,以u /v (即像的放大率)作纵轴,以u作横轴,画出实验图线。试问这条实验图线具有什么形状?怎样从这条图线求出焦距f?
答:由焦距计算公式:1/u+1/v=1/f整理后得:u/v=u/f-1。以u为横坐标,u/v为纵坐标作图为一直线,其斜率为1/f,进而可求得焦距。
15.在透镜焦距测定过程中,有时没有看到1 字像,而看到灯丝的像,这是为什么?
答:这是因为平行光没有完全调节好原因。
16.如何直接判断凸透镜和凹透镜?
答:观察光线经过这两类透镜折射以后是否能会聚于一点。用手拿着透镜观察桌面上的字,如相同的高度,字放大的这块是凸透镜,字缩小的这块是凹透鏡。
17.凸透镜、凹透镜的定义及性质?
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