凸透鏡成像實驗
[目 的]
研習凸透鏡之成像情形,并決定其焦距及放大率.
[原 理]
一物體放在一個凸透鏡前,此物體每一點所發(fā)出的光,當它抵達凸透鏡時,依折射定律,這些光線會改變方向,穿過透鏡后匯聚成像,如圖一所示.
圖一凸透鏡之成像
其中p事物體至鏡面之距離 (簡稱物距),q是像至鏡面之距離(簡稱像距),f是透鏡的焦距.
根據(jù)光的折射定律及三角函數(shù)及近似值,我們可推論出凸透鏡的成像公式：
1/p+1/q=1/f…………………………….(1)
而放大率則為
M=q/p…………………………….(2)
在實驗中,先調整物距p,就可算出凸透鏡的焦距及放大率,并可與測量像的大小所得之放大率像相比較.
[儀 器]
(1)精致光學平臺 (2) 精致光源(3) 精致光具座(4) 精致矢形孔(5) 精致像屏(6)待測物之一:凸透鏡(f=+75mm)(7) 待測物之二:凸透鏡(f=+100mm)(8) 待測物之一:凸透鏡(f=+150mm)
[步 驟]
1.儀器裝置如圖二所示,光源及三個光具座放在光學臺上,精致矢形孔吸附在距光源約10cm處的光具座上,精致像屏吸附在距光源約80cm處的光具座上,待測凸透鏡則吸附在中間的光具座上.
2.先調整待測凸透鏡與精致矢形孔間的距離(物距)為50cm,打開光源,調整光軸使光通過矢形孔,再穿過凸透鏡,到達精致像屏上,移動像屏使所行成矢形孔像最晰為止,測量此時像屏與凸透鏡間之距離(像距)并記錄之.
3.測量矢形孔的高度(物高)記為Ho,再量像屏上同一矢形孔成像的高度(像高) 記為H,像高H除以物高Ho就是放大率M.
4.依次將物距調為40ㄏcm,30cm,20cm,及10cm,如步驟2可得相對應之像距,并一一記錄之.(在本實驗中,如繼續(xù)將物距縮小,則我們將無法在像屏上觀察到成像,此時即在鏡后成像,稱為虛像).
5.從量得的物距及像距,算出凸透鏡的焦距及放大率.焦距值可與凸透鏡上之標示值比較之.放大率可與步驟3所得之值比較.
6.取另一待測凸透鏡,從覆步驟2至5,一直到所有待測透鏡都實驗完為止.