大学物理学实验透镜参数的测量讲义.pdf

透镜参数的测量

实验要求：

1.预习阶段

(1)认真阅读实验讲义。

(2)准备预习报告。预习报告控制在1到2页纸内，不要原封不动照抄讲义，应融入自己对实验原

理的理解。

2.实验阶段

(1)维护良好的课堂秩序，在实验室内尽量保持安静。

(2)维护整洁的实验环境，不要将水杯等放在试验台上，不得在实验室内吃口香糖。

(3)爱护实验设备，轻拿轻放。在老师讲解后才能动手操作。并且在动手前应仔细阅读实验注意事项

和操作说明。

(4)如实记录实验数据，不得篡改、抄袭。

(5)实验数据经指导老师签字、实验设备整理好后方可离开。

3.报告撰写阶段

(1)本实验要求计算凸透镜焦距的不确定度。

注意事项：

1.爱护光学元件

光学实验中使用的大部分光学元件是玻璃制成的，光学表面经过精心抛光。使用时要轻拿、轻

放，避免碰撞、损坏元件。任何时候都不要用手触及光学表面（镀膜片或光在此表面反射或折射），

只能拿磨砂面（光线不经过的面一般都磨成毛面，如透镜的侧面，棱镜的上下底面等），不要对着

光学元件表面说话、咳嗽、打喷嚏等。

2.本实验用到激光，请注意安全，不要让强光射入人眼。

3.注意保护白光光源，其亮度不要调得过高，否者容易过热损坏。

透镜是使用最广泛的一种光学元件，眼球也是一种透镜，我们正是通过这一对透镜来观看周

围世界的。透镜及各种透镜的组合可形成放大的或缩小的实像及虚像。人类就是利用透镜及其组合观

察到遥远宇宙中星体的运行情况以及肉眼看不见的微观世界的。

透镜是用透明材料（如光学玻璃、熔石英、水晶、塑料等）制成的一种光学元件。一般它由

两个或两个以上共轴的折射表面组成。仅有两个折射面的透镜称单透镜，由两个以上折射面组成的透

镜称组合透镜。多数单透镜的两个折射曲面都是球面或一面是球面而另一面是平面，故称其为球面透

镜，它可分为凸透镜、凹透镜两大类，每类又有双凸（凹）、平凸（凹）、弯凸（凹）三种。两个折射

面有一个不是球面（也不是平面）的透镜称为非球面透镜，它包括柱面透镜、抛物面透镜等。根据厚度

的差异，透镜可分为薄透镜和厚透镜两种。连接透镜两表面曲率中心的直线称为透镜的主轴。透镜两表

面在其主轴上的间隔与球面的曲率半径相比不能忽略的，称为厚透镜；若可略去不计，则称其为薄透

镜。实验室中常用的透镜大多为薄透镜。根据聚光性能的差异，透镜又可分为会聚透镜和发散透镜两

种。

描述透镜的参数有许多，其中最重要、最常用的参数是透镜的焦距。利用不同焦距的透镜可

以组合成望远镜、显微镜等。透镜将物成像，决定像的质量的一个重要参数就是像差，像差有多种，如

果测得透镜的像差，就可以以一定的方法来消除像差提高成像质量。

通过本实验要求同学们了解激光的扩束系统，光源、物、像间的关系以及球差、色差产生的

原因；熟练掌握扩束光源、光具座上各种光学元件的调节并且测量薄透镜的焦距和透镜的球差和色差。

实验原理

1.光源扩束

如图7.1.1-1所示。当一焦距很短的凹透镜F（焦距为f）的像方焦点和一个焦距较长的凸透

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镜F（焦距为f）的物方焦点重合时，可将一光斑大小为r的入射平行光扩大为光斑大小为r的n

2212

倍的平行光

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n22（1）

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光学上称其为扩束系统，常用于激光的扩束。

2.直接法测焦距

平行光经凸透镜后会聚成一点，如图7.1.1-2所示。测得会聚点和透镜中心的位置x、x，就

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可测得该透镜的焦距