用分光计测量薄透镜焦距

论文导读：分光计中主要部件是自准直望远镜。使用前必须用自准法调节望远镜对焦无穷远处。凹透镜，用分光计测量薄透镜焦距。
关键词：凸透镜，凹透镜，自准法，分光计
 

透镜是光学仪器中最基本的元件。焦距是反映透镜特性的一个重要物理量。论文大全，凹透镜。由于使用目的不同，需要选取不同焦距的透镜或透镜组。测量透镜焦距一般在导轨上进行，方法多种多样，自准法测量是一个重要方法，但是，自准法测量容易出现假象而造成误判；另外，对成像清晰度的判断直接影响测量的准确度。本文推荐用分光计测量薄透镜焦距，不但不会造成真假像误判，而且对成像清晰度判断准确度高。

1.自准法测量透镜焦距原理

测量凸透镜焦距：如图1所示，将物点A安放在凸透镜L1的焦点（或焦平面）上时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜M将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦点（或焦平面）上，则间距即为该凸透镜的焦距。

测量凹透镜焦距：如图2所示，将物点A安放在凸透镜L1的主光轴上，测出它的成像位置F。论文大全，凹透镜。固定凸透镜L1，并在L1和像点F之间插入待测的凹透镜L2和一平面反射镜M，使L2与 L1的光心O1、 O2在同一轴上。移动L2，可使由平面反射镜M反射回去的光线经后，仍成像于A点。此时，从凹透镜射到平面镜上的光将是一束平行光，F点就成为由平面镜M反射回去的平行光束的虚像点，也就是凹透镜L2的焦点。测出的L2位置，则间距即为该凹透镜的焦距。

2. 自准法测量透镜焦距误差主要来源

从测量透镜焦距原理图1和图2看到，从A处发出的光线经透镜透射在被测透镜的右侧形成平行光，然后通过平面反射镜将平行光反射回去，根据光的可逆性，在A处形成等大倒立的实像；在实际操作过程中，通过左右移动图1中的凸透镜L1和图2中的凹透镜L2直至在A处看到清晰的实像来证明在被测透镜至平面反射镜之间的光束为平行光，从而透镜焦距即可测得。论文大全，凹透镜。然而，利用光线返回的方法测量有两个弊端：①凸透镜在某个位置时，由凸透镜表面反射光在A处也会形成一个等大倒立的实像，给判断平行光是否形成造成错误，②用眼睛直接判断A处成像是否清晰难度大，有时候图1中的凸透镜和图2中的凹透镜在一定的移动范围内看到A处成像都清晰；显然，利用光线返回的方法测量透镜焦距误差会明显偏大。

3.用分光计测量透镜焦距

分光计中主要部件是自准直望远镜，它由自准目镜和物镜组成，使用前必须用自准法调节望远镜对焦无穷远处，这样，通过目镜看到图像清晰即可以判断由透镜折射后进入望远镜的光线是平行光。论文大全，凹透镜。

用分光计测量凸透镜焦距的光具摆放位置如图3所示，由光源发出的光线照射到物屏A上（A上有一个向上箭头“↑”的孔），光线透过箭头“↑”孔射向凸透镜L1，经平面反射镜M改变方向进入自准直望远镜T，左右移动凸透镜L1直至通过自准直望远镜T的目镜看到清晰的箭头“↑”，此时，凸透镜L1到物屏A的距离即为凸透镜L1的焦距。

同样道理，用分光计测量凹透镜焦距。论文大全，凹透镜。如图3所示，在凸透镜L1的前方（以光的传播方向为参考方向）安放一块毛玻璃屏F，适当调节物屏A、凸透镜L1、毛玻璃屏F的位置，通过自准直望远镜T的目镜看到在毛玻璃上形成一个清晰的箭头“↑”的实像并记录此时像（毛玻璃）的位置F，然后，把毛玻璃屏换成凹透镜L2，左右移动凹透镜L2的位置直至通过自准直望远镜目镜看到清晰的箭头“↑”并记录此时凹透镜L2的位置，则毛玻璃屏F到凹透镜L2之间距离即为凹透镜的焦距。论文大全，凹透镜。

4.测量数据及分析

用分光计测量透镜焦距数据如下：

①测量凸透镜焦距数据如表1所示，

表2 单位：cm

②测量凹透镜焦距数据如表2所示，

从表1和表2测量数据看出，凸透镜焦距测量值为（）cm，相对误差为

0.1%；凹透镜焦距测量值为（）cm，相对误差为0.3%。结果表明，用分光计测量透镜焦距精准度高，重复性好。

5.结束语

用分光计测量透镜焦距充分利用了准直望远镜来鉴别平行光，不必把光线向光源回射，避免出现假象而造成误判；另外，采用准直望远镜对成像清晰度的判断更加直接，对成像清晰度判断准确度更高。测量数据表明，用分光计测量透镜焦距精准度高，重复性好。

参考文献
[1][2]华中工学院,天津大学,上海交通大学.物理实验基础部分（工科用）[M].北京：高等教育出版社,1981.160~162,172~175