凸透镜焦距测量公式 凸透镜焦距计算方法与实验测定技巧详解 凸透镜测焦距实验结果与

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:

  • ( f ) 为焦距;
  • ( u ) 为物距(物体到透镜光心的距离);
  • ( v ) 为像距(像到透镜光心的距离)。
  • strong>符号制度:

  • 物距 ( u ) 恒取正值;
  • 像距 ( v ): 实像时取正值,虚像时取负值;
  • 凸透镜的焦距 ( f ) 为正值,凹透镜为负值(但用户难题仅涉及凸透镜)。
  • 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:

  • 当物体在无穷远处(如平行光入射),像距 ( v = f );
  • 当物体与像等大(( u = 2f ) 时,( v = 2f )),此时可直接通过物距或像距计算焦距。
  • 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

  • d^2}4L} ]
  • 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:

  • 若需放大2倍的实像,设 ( v = 2u ),解得 ( u = 1.5f );
  • 若需放大2倍的虚像(如放大镜),设 ( v = -2u ),解得 ( u = 0.5f )。
  • . 符号制度的应用

  • 虚像时 ( v ) 取负值,例如物体在焦点内(( u < f ))时,计算需注意。
  • 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。

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