凸透镜成像实验

实验：凸透镜成像法则及其成像变化

一、实验目的

本实验旨在验证凸透镜成像的基本公式，并观察不同物距下像的性质变化。

二、所需实验器材

凸透镜（已知或需测量的焦距f）

光源，如蜡烛或LED灯

光具座及滑块

屏幕，用于接收实像

刻度尺，用于精确测量

三、实验步骤详解

1. 测量凸透镜的焦距（如未知）

利用平行光法：对准远处的物体（如窗外），调整屏幕位置至光点最清晰。透镜到屏幕的距离即为f。

2. 共轴调节

将透镜、物体（光源）和屏幕固定在光具座上，确保三者中心处于同一高度，并与主光轴平行。

3. 数据记录与分析

当物距u大于2倍焦距（u > 2f）时：移动屏幕至出现清晰、缩小的倒立实像，记录u和v的值。

当物距u等于2倍焦距（u = 2f）时：观察并记录等大的倒立实像。

当焦距f小于物距u小于2倍焦距（f < u < 2f）时：观察并记录放大的倒立实像。

当物距u等于焦距f时：观察无法成实像的现象，此时像距趋近无穷大。

当物距u小于焦距f时：用眼睛直接观察正立、放大的虚像。

重复测量：在每个物距下多次测量v的值，取平均值以减小误差。

四、数据处理与验证

1. 计算每组数据的 \\( \\frac{1}{u} + \\frac{1}{v} \\) 并验证是否接近 \\( \\frac{1}{f} \\)。

2. 利用公式f = uv/(u+v)计算焦距，并与已知值进行对比。若二者相近，则验证了凸透镜成像公式。绘制 \\( \\frac{1}{u} \\) vs. \\( \\frac{1}{v} \\) 图像，其拟合直线的斜率和截距可作为验证依据。斜率为-1，截距为 \\( \\frac{1}{f} \\)。若满足这些条件，则进一步验证了成像公式。此外还需观察并记录不同物距下像的性质变化，包括大小、倒正和虚实的变化情况。在实验过程中需注意误差分析以及实验结论的得出。还需注意实验过程中的安全问题和保护光学元件的措施。通过本实验可以深入理解凸透镜成像规律并掌握光学实验的基本操作与数据处理方法。