一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>
1.學(xué)會測量透鏡焦距的幾種方法。
2. 掌握簡單光路的分析和光學(xué)元件等高等共軸調(diào)節(jié)的方法。
3. 通過實(shí)驗(yàn)掌握望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的基本原理，并在導(dǎo)軌和光具座上用透鏡自組望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。
4.進(jìn)一步熟悉數(shù)據(jù)記錄和處理方法，熟悉光學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)則。
二、實(shí)驗(yàn)原理：
1.凸透鏡焦距的測定
- 粗略估算法：以太陽光或較遠(yuǎn)的燈光為光源，用凸透鏡將其發(fā)出的光線聚成一光點(diǎn)，此時，s→∞，s’≈f’，即該點(diǎn)可以認(rèn)為是焦點(diǎn)，而光點(diǎn)到透鏡中心的距離，即為圖透鏡的焦距，此法測量的誤差約在10%左右。由于這種方法誤差較大，大都用在實(shí)驗(yàn)前作粗略的估計，如挑選透鏡等，如圖1.
- 物像法：當(dāng)透鏡的厚度遠(yuǎn)比其焦距小的多時，這種透鏡稱為薄透鏡。在近軸光線的 條件下，薄透鏡成像規(guī)律克表示為：
（1），當(dāng)將薄透鏡置于空氣中時為： 
（2） 式中，f’為像方焦距；f為物方焦距，如圖2。
（3）共軛法：如圖3所示，使物與屏間的距離D>4f并保持不變，沿光軸方向一定透鏡，得到二次成像。設(shè)物距為S1時，得到的是放大倒立實(shí)像；物距為S2時得到縮小倒立實(shí)像，透鏡兩次成像之間的位移為d，根據(jù)透鏡成像公式，課得：
（3）。
（3）。 2.凹透鏡焦距的測定
輔助成像法：如圖4所示，
為凸透鏡，
為凹透鏡，先由物體AB發(fā)出的光線經(jīng)
后形成一大小適中的實(shí)像
，然后在和之間放入
，就能使虛像產(chǎn)生一實(shí)像
。分別測出到和之間的距離S2,S2’,根據(jù)公式（2）即可求出的像方焦距f2’。
為凸透鏡，為凹透鏡，先由物體AB發(fā)出的光線經(jīng)后形成一大小適中的實(shí)像，然后在和之間放入，就能使虛像產(chǎn)生一實(shí)像。分別測出到和之間的距離S2,S2’,根據(jù)公式（2）即可求出的像方焦距f2’。
圖1 圖2
圖3 圖4
- 顯微鏡原理
顯微鏡是用來觀察近處微小物體細(xì)節(jié)的重要目視光學(xué)儀器。它對被觀察物進(jìn)行了兩次放大：第一次是通過物鏡將被觀察物成像放大于目鏡的分劃板上，在很靠近物鏡焦點(diǎn)的位置上成倒立放大實(shí)像；第二次是經(jīng)過目鏡將第一次所成實(shí)像再次放大成虛像供眼睛觀察。如圖5所示。
- 望遠(yuǎn)鏡原理
望遠(yuǎn)鏡的作用是使通過望遠(yuǎn)鏡所看到的物體對眼睛的張角大于用眼睛直接觀察物體的張角，從而產(chǎn)生放大的感覺。
開普勒望遠(yuǎn)鏡：由兩個凸透鏡組成，物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，如圖6所示。
伽利略望遠(yuǎn)鏡：由長焦距的凸透鏡和一個短焦距的凹透鏡組成，物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，如圖7所示。
圖5
圖6 圖7
- 實(shí)驗(yàn)儀器：
光具座、凸透鏡、凹透鏡、光源、物屏、平面反射鏡、水平尺
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：
1.調(diào)節(jié)光具座上的光學(xué)元件，使其水平。
2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，分別求出凸透鏡和凹透鏡的焦距。
3.根據(jù)步驟2測出的數(shù)據(jù)分別計算出凸透鏡和凹透鏡的焦距，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)原理組成顯微鏡、開普勒望遠(yuǎn)鏡和伽利略望遠(yuǎn)鏡。
- 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理：
凸透鏡焦距的測量：
- 自準(zhǔn)法
物 | 凸透鏡1 | 凸透鏡2 | |
坐標(biāo) （cm) | 126.20 | 105.80 | 122.00 |
焦距（cm) | 20.40 | 4.20 |
- 物像法
物 | 凸透鏡1 | 像1 | 凸透鏡2 | 像2 | |
坐標(biāo)（cm） | 126.20 | 80.75 | 44.30 | 118.90 | 110.40 |
焦距（cm） | 20.228 | 3.927 | |||
- 共軛法
物 | 凸透鏡1 | 凸透鏡2 | 像 | 凸透鏡2 | 凸透鏡1 | 像 | |
坐標(biāo)（cm） | 126.20 | 99.35 | 41.10 | 15.01 | 121.25 | 88.05 | 83.95 |
焦距（cm） | 凸透鏡1：20.168 | 凸透鏡2：4.041 | |||||
凹透鏡
物 | 凸透鏡1 | 凹透鏡1 | 像A’ | 像A” | 凸透鏡1 | 凹透鏡2 | 像A’ | 像A” | |
坐標(biāo)（cm） | 126.20 | 52.70 | 27.80 | 24.10 | 12.20 | 56.35 | 30.45 | 26.30 | 23.70 |
焦距（cm） | 4.850 | 10.774 | |||||||
光學(xué)系統(tǒng)
物A | 物鏡 | 目鏡 | 像A’ | 放大倍數(shù) | |
開普勒望遠(yuǎn)鏡 | 126.20 | 70.00 | 44.75 | 4.991 | |
伽利略望遠(yuǎn)鏡 | 126.20 | 70.00 | 51.81 | 4.123 | |
顯微鏡 | 126.30 | 118.05 | 101.75 | 105.85 | 9.017 |
D=25cm
實(shí)驗(yàn)總結(jié)：第一，在第一次實(shí)驗(yàn)過程中，我發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器磨損比較嚴(yán)重的情況，會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有較大的系統(tǒng)誤差。在第二次實(shí)驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器換成了新儀器，可能會導(dǎo)致我們第一次測定的焦距與第二次實(shí)驗(yàn)的不同。
第二，這次實(shí)驗(yàn)很好地提高了我們的動手，對薄透鏡成像原理有了更深的印象。
六、誤差分析：
1、實(shí)驗(yàn)儀器使用過多有損耗，有系統(tǒng)誤差。
2、沒有標(biāo)準(zhǔn)的平行光源。
3、透鏡對于不同頻率的光，焦距不同，叫色差。
4、光具座的標(biāo)尺本身有誤差。
5、光束偏離主光軸較大時，聚焦也有誤差，叫做球差。
- 思考題：
1、用共軛法測凸透鏡焦距有什么優(yōu)點(diǎn)？
答：（1）像的清晰程度就變化明顯。
（2）不需要準(zhǔn)確確定凸透鏡光心的位置。
2、試證明，共軛法中，物與屏間的距離 D＞4f。
答：物屏和像屏間距D大于4F才有可能移動透鏡時在光屏上成兩次大小不同的像。由1/u+1/v=1/f（其中u,v,f分別代表物距，相距，焦距。）得f=u+fu/(u-f)，D=u+v=u*u/(u-f);對D求導(dǎo)得D'=(u*u-2uf)/[(u-f)*(u-f)]；令D'=0，得u=2f,Dmin=D(2f)=4f，因?yàn)橐史糯罂s小的像，故u>2f,D>4f.
八、附上原始數(shù)據(jù)：
