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文档分类:高等教育 > 理学

中学物理教学中薄透镜焦距测量实验的误差分析.doc


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中学物理教学中薄透镜焦距测量实验的误差分析.doc
文档介绍:
中学物理教学中薄透镜焦距测量实验的误差分析摘要:在光学成像作图中透镜的焦点是一个非常重要的参考点,而焦距是计算成像位置的一个重要物理量。本文根据薄透镜焦距测量的原理,综合了常见的改进措施来进行实验,利用误差分析理论对测量结果进行分析,从而提高了中学实验中测量薄透镜焦距的准确性。同时,进一步说明误差分析理论在物理实验中的重要作用。关键词:薄透镜;焦距;误差分析;凸透镜成像引言 薄透镜焦距测量是一个中学物理课程中必做的实验之一[]。为提高薄透镜焦距测量的准确性,在尽量减小其他因素引入的误差的情况下,分析实验的误差是很有必要的。薄凸透镜焦距测量的基本方法有:物距像距法、二次成像法(贝塞尔公式法)、自准直法等。由于薄透镜焦距测量是中学物理实验中简单易做的一个实验,其实验结果直观、实验过程容易,因此实验教学中此实验占有重要的作用。本文分析了薄凸透镜焦距测量几种方法之间的差异,在考虑中学物理实验教学的基础上分析实验误差的大小,比较各种方法之间的教学难易程度,得出中学物理实验中相对较好的薄透镜焦距测量实验方案。薄透镜成像的实验原理把玻璃或透明塑料等光学材料磨成薄片使其两表面都为球面或有一面为球面,对平行光线具有汇聚或发散作用,即成为透镜。凡中间部分比边缘部分厚的透镜称为凸透镜;凡中间比边缘部分薄的透镜称为凹透镜。连接透镜两球面曲率中心的直线称为透镜的主轴,包含主轴的任一平面,称为主平面,透镜都制成圆片形,并以主轴为对称轴。圆片的直径称为透镜的孔径,物点在主轴上,由于对称性,任意主平面内的光线分布都相同,故通常只研究一个主平面内的情况[]。透镜两表面在其主轴上的间隔称为透镜的厚度。若透镜的厚度与球面的曲率半径相比不能忽略,则称为厚透镜;若可略去不计,则称为薄透镜。.薄透镜成像的公式如图所示,在近轴光线的条件下,薄透镜成像的高斯公式为[]:()             故                          ()式中为像距,为物距,为像方焦距。                                                                                                                                 图薄透镜成像图[]Fig.Thethinlensimaging应用上式时必须注意各物理量所适用的符号法则。一般文献和标准规定:距离自参考点(薄透镜光心)量起,与光线行进方向一致时为正,反之为负。运算时已知量需添加符号,未知量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。.测量薄凸透镜焦距的三种方法实物成实像法[]是用实物作为光源,它发出的光线经过凸透镜折射以后,在一定条件下可以成实像,可以用白屏接收实像来观察。通过测量物距、像距,并将其代入()式即可求得透镜的焦距。而二次成像法如图所示,当物体与屏之间的距离大于时,保持不变,透镜置于物体和白屏之间,移动透镜的位置,则会在屏上两次成像。透镜这两个位置之间的距离的绝对值为,利用物像的共轭性质容可以证明()在这种方法中只要测出和,就可以求出焦距。图二次成像法[]Fig.Thesecondaryimaging自准直法测焦距如图所示,当把尖头棒P放在透镜L的物方焦平面上时,由P发出的光线经过透镜以后成为了平行光,在透镜的后方放一个与透镜的主光轴垂直的平面镜M,则平行光线经过平面镜M反射后仍为平行光,光线沿原来的路线反方向进行,最终成像P’于物平面上。P和L之间的距离就是透镜的像方焦距。图自准直法[]Fig.auto-collimation.实验内容.等高共轴调节、粗调,将所有的光学元件放在光具座上,使它们尽量靠拢,用眼睛观察、调节各元件上下、左右的位置,使它们的中心大致在与导轨平行的一条直线上,并且使各元件的平面相互平行且垂直于光具座导轨。、细调,利用透镜二次成像法来判断是否共轴并调节共轴。为了便于找到大像和小像的位置,并且调节他们的中心位置重合,现在白屏上面垂直中线上粘贴一个精度为mm的刻度尺[],采用这个改进的白屏做实验,只要记下二次成像大、小像在刻度尺上的位置读数,根据位置读数的差值来调整物屏的位置,直至大、小像的位置读数相同。注意在调节时,以小像中心为目标,调节透镜或者物体的上下位置,逐渐使大像的中心靠近小像中心,直至二者完全重合。同理调节透镜的左右位置,使大像和小像的中心位置完全重合。.实验步骤  ..实物成实像法在具有箭头开孔的物屏前面加一个薄凸透镜[],使光源放在此薄透镜的焦点上,经过透镜的光线成为平行光照射物屏,这样增加了光通量,使成像更清晰[]。固定物屏,将透镜摆放在距离物屏一倍焦距以外的地方,移动白屏,直到屏上出现清晰的像,记录物屏、透镜及像屏的位置,根据式()就可以计算出焦距。依次向右 内容来自淘豆网www.taodocs.com转载请标明出处.