薄透镜焦距的测定共轭法 “共轭法测薄透镜焦距”中的测量条件选择

时间：2019-01-30 03:40:16　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：共轭法是一种较为准确和简便的测量薄透镜焦距的方法。本文通过分析测量条件，阐述物和象的距离（设为L）的取值范围与测量误差的关系，进而说明了通过实验教学更好地提高学生实验能力的方法。
　　关键词：共轭法；焦距；清晰范围
　　中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2007)6(S)-0057-2�
　　�
　　1 共轭法测量薄透镜焦距的原理�
　　
　　共轭法测量薄透镜焦距时，如图1所示光路，当物与像屏之间的距离设为L，大于4倍焦距时，薄透镜在物与像屏之间移动时有两个位置O1、O2可以在屏上成像，在O1位置时成放大的实像，在O2位置时成缩小的实像，O1、O2之间的距离记为s，则透镜的焦距f
　　可以由L、s两个量得到［1］：
　　
　　
　　2 测量条件分析�
　　
　　从理论上讲，L无论如何取值（只要L4f），都可以测出焦距f，但是实验测量时，L选值不同，对实验结果影响很大。比如当L较大时，成放大像的放大倍数随之较大，由于像面照度满足公式［2］：�
　　
　　式中β0为物的亮度，d为透镜直径，β为所成象的放大倍数。（2）式表明，所成像的照度近似与像的放大倍数的平方成反比，即像越大，它的照度越低，成像位置越不易判断；再者，当L较大时，所成的缩小像较小，虽然照度较大（由2式知），但是由于成像较小，加上像差的影响，因而也不易判断成像的位置，故焦距的测量误差必然很大。为了减小测量误差，L不宜太大，L的合适取值只有在对实验现象的认真观察和分析的基础上来选取。
　　
　　3 对实验操作中具体情况讨论
　　
　　
　　3.1 现象及分析�
　　实验测量准确与否更多地取决于能否找到透镜成像的准确位置，在实验操作中发现，当L趋近于4倍焦距时，在物屏与像屏之间移动透镜，在相当的范围内可以在屏上得到较清晰的像，难以分辨哪里是准确的成像位置。�
　　由透镜成像公式�
　　
　　即说明在L取值趋近于4f时，透镜移动微小的距离�Δ�u，像距也改变�Δ�u才能使成像清晰，见图2，故在相当的范围内可以在屏上得到较清晰的像必然存在。
　　
　　3.2 实验数据
　　
　　实验测量数据表明，L值越接近4f，清晰范围越大，产生的误差也就越大。当L=45.00cm时，清晰范围不明显。如果L取值为45.00～47.00cm之间可以保证误差在0.2%以内，由此可以确定的最佳取值范围为45.00～47.00cm，换言之，如果限定了测量误差范围，都可以找到这样的一个的最佳取值范围。
　　
　　4 总结�
　　
　　培养学生实验能力是物理实验教学的重要任务之一，在实际测量中，特别是光学实验中仍有许多类似的测量应该考虑到实验方法所带来的系统误差，除通过学习新的实验，了解和掌握新的实验原理和测量方法外，使学生在有限的时间内通过较简单、基础的实验真正掌握分析处理实验问题的方法，提高实验能力，是物理实验教学必须认真研究的问题。
　　
　　参考文献：
　　［1］杨述武.《普通物理实验》（光学部分）.高等教育出版社.2000
　　［2］姚�钧.光学教程.高等教育出版社.1984
　　［3］赵凯华，钟锡华.光学.北京大学出版社.1982
　　(栏目编辑王柏庐)
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