物理实验时,有时需要测凸透镜的焦距。学生在做凸透镜成像的实验之前,也需要知道凸透镜的焦距,如何测量凸透镜的焦距?现介绍四种比较直接且可操作性较强的测量方法;
1、寻焦法
将光具座调整安装到与太阳光平行的位置与角度,并将凸透镜、光屏依次安装在光具座上。固定光屏或凸透镜其中之一,移动另一个,直到光屏上的光斑最小、最亮为止,此时,光屏到凸透镜的距离即为焦距(f)。
从原理上讲,这样测量的结果并不是真正的焦距:
1、太阳光毕竟是由点光源发出,射到地球上时,我们只可以近似地看作平行光,但它并不是真正的平行光,所以会聚的点也不是真正的焦点;
2、最小最亮的那个点并不是真正的焦点,其本质上是倒立、缩小的、位于1倍焦距与2倍焦距之间的太阳的实像,只是由于太阳距我们太远,它通过凸透镜成的像极小、位置极其接近焦点而已,我们就把它当作焦点了!
所以这种方法测得的焦距比真正的焦距稍大,但相差极小!
2、虚像法
在光具座上依次放上凸透镜、光屏,将一个字帖在光屏上,通过凸透镜看光屏上的字,当出现该字正立放大的虚像后,逐渐加大凸透镜与光屏的距离,直到该字的虚象正好消失为止,光屏到凸透镜的距离即为焦距(f)。
这种方法的原理是:当物体处于焦点的位置时,它发出的光通过透镜后会被折射成平行光,平行光不再会聚,所以像就消失了,从原理上讲,这样测得的焦距是准确的,但会由于我们的观察能力与控制能力的限制而造成较大误差。
3、实像法
在光聚座上依次放上光屏、凸透镜、燃的蜡烛,移动蜡烛和光屏,直到光屏上出现清晰的倒立的像为止,测出物距U和像距V,代入公式1/f=1/U+1/V,即可算出焦距。
这种方法的原理是:物体成像时,成像位置及成像性质与物距U和焦距f存在一定的数学关系:1/f=1/U+1/V,然后利用这种关系来计算焦距,原理上可以准确测量焦距,但何时像是最清晰的,我们判断起来可能会有一定的出入,所以容易造成误差。
4、物像等大法
在光聚座上依次放上光屏、凸透镜、燃烧的蜡烛,保持凸透镜不动,同时移动点燃的蜡烛和光屏,直到光屏上出现倒立的与烛焰等大小的像为止,则物距或像距的一半即焦距。f=u/2=v/2
这种测量原理是:当u=2f时,成倒立、等大的实像,并且像距与物距相等,也等于2f,这种方法可以比较准确测量焦距,可操作性也是比较强的。
做以上测量时,没有光具座也可以,但刻度尺是必不可少的了。总之,以上方法都可以对凸透镜的焦距进行测量,你会选用哪种方法呢?
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