一、利用成像公式计算焦距
透镜的成像公式为:
frac1}f} = frac1}u} + frac1}v} ]
中:
strong>符号制度:
strong>计算步骤:
. 测量物距和像距:通过实验(如光具座)测得 ( u ) 和 ( v );
. 代入公式:将 ( u ) 和 ( v ) 代入公式,解方程得到 ( f )。
strong>示例:
物体距透镜 ( u = 30 ,
xtcm} ),光屏上成清晰实像时像距 ( v = 15 ,
xtcm} ),则:
frac1}f} = frac1}30} + frac1}15} = frac1}10} quad Rightarrow quad f = 10 ,
xtcm} ]
strong>独特情况:
二、实验测量技巧
1. 平行光聚焦法(粗测)
strong>步骤:
. 让平行光(如太阳光)垂直入射凸透镜;
. 移动光屏直至找到最小最亮的光斑;
. 光斑到透镜光心的距离即为焦距 ( f )。
strong>适用场景:实验室快速粗测,精度较低。
2. 公式法(物距像距法)
strong>步骤:
. 在光具座上固定物体和光屏;
. 移动透镜使光屏上成清晰实像;
. 记录物距 ( u ) 和像距 ( v ),代入公式计算 ( f )。
strong>特点:需要多次测量取平均值以进步精度。
3. 共轭法(贝塞尔法)
strong>步骤:
. 固定物体与光屏间距 ( L )(需 ( L > 4f ));
. 移动透镜至两个位置(分别成放大和缩小的实像),记录两次透镜位置间距 ( d );
. 公式:
f = fracL^2
strong>优点:避免直接测量 ( u ) 和 ( v ) 的误差,适合高精度测量。
三、应用实例与技巧
. 放大率与焦距的关系
大率 ( m = frac
xt像高}}
xt物高}} = fracv}u} ),结合成像公式可推导不同放大情况下的焦距:
. 符号制度的应用
四、注意事项
. 近轴条件:实验中需确保光线接近主光轴,避免成像模糊;
. 误差控制:多次测量取平均值,或采用共轭法减少体系误差;
. 虚像观测:虚像无法用光屏接收,需通过透镜直接观察。
过上述公式和实验技巧,可灵活计算凸透镜焦距。实际应用中需根据场景选择合适技巧,例如粗测用平行光法,精密测量用共轭法。