如何測量凸透鏡的焦距

陳傳超

■ 利用平行光的會聚特點

實驗原理平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后，折射光線在焦點處會聚，焦點到透鏡光心的距離叫做焦距.

實驗器材凸透鏡、白紙板、刻度尺.

測量步驟１．讓凸透鏡正對著太陽，拿白紙板在它的另一側(cè)來回移動，直到紙上的光斑最小為止．

２．用刻度尺測出紙板到凸透鏡的距離Ｄ，則凸透鏡的焦距ｆ＝Ｄ.

實驗說明１．因為只有太陽光與凸透鏡的主光軸平行時，才能準確地確定焦點的位置，故操作時應讓凸透鏡正對著太陽，即讓太陽光垂直于凸透鏡，且白紙板與凸透鏡平行．

２．當紙上的光斑最小時，應保持凸透鏡、白紙板的相對靜止．

３．選用紙板而不用白紙的原因是白紙較軟，測量時不方便.

■ 利用凸透鏡成實像規(guī)律

實驗原理凸透鏡在成實像時，若物距等于２倍焦距，則像距也等于２倍焦距，且物與像等大.

實驗器材光具座、蠟燭、凸透鏡、光屏.

測量步驟１．在光具座上的中間位置固定好凸透鏡，兩側(cè)較遠處等距離放置點燃的蠟燭、光屏，調(diào)整蠟燭、凸透鏡、光屏，使它們的中心在同一高度．

２．將蠟燭和光屏等速向凸透鏡靠近，直到光屏上出現(xiàn)清晰的實像．

３．測出光屏（或蠟燭）到凸透鏡的距離Ｄ，則凸透鏡的焦距ｆ＝ .

實驗說明１．該實驗若通過物像等大的方法來確定位置，不具有操作性，原因是蠟燭的火焰不方便測量大?。?/p>

２．在將蠟燭、光屏向凸透鏡靠近的過程中必須保證等距離移動，否則所確定的像距（或物距）就不等于２倍焦距.

■ 利用焦點的性質(zhì)

方法一

實驗原理當將物體置于凸透鏡的焦點上時，既不成實像也不成虛像.

實驗器材凸透鏡、刻度尺、書本.

測量步驟１．將凸透鏡靠近書本，通過凸透鏡觀察到放大正立的文字，然后將凸透鏡平行遠離書本，直到無法通過凸透鏡觀察到清晰放大的文字為止．

２．用刻度尺測量此時的書本與凸透鏡的距離Ｄ，則凸透鏡的焦距 ｆ＝Ｄ.

實驗說明１．觀察過程中應保持凸透鏡與書本平行．

２．當無法觀察文字時，應立即停止移動，此時，應保持凸透鏡與課本的相對靜止.

方法二

實驗原理對于凸透鏡而言，當將點光源置于凸透鏡的焦點位置時，折射光線將平行于主光軸.

實驗器材光具座、凸透鏡、帶小孔的光屏、蠟燭、平面鏡.

測量步驟１．在光具座上，從左至右依次放點燃的蠟燭、帶小孔的光屏、凸透鏡、平面鏡，調(diào)整高度，將蠟燭緊靠光屏，并將燭焰中心、光屏小孔、凸透鏡光心、平面鏡調(diào)整于同一高度，并保證它們與光具座垂直．

２．同時等速移動蠟燭和光屏，觀察到燭焰經(jīng)小孔射出的光經(jīng)凸透鏡折射、平面鏡反射、又經(jīng)凸透鏡折射后，會聚成的光斑Ｓ′與小孔Ｓ恰好重合為止，如右圖所示．

３．從光具座上讀出光屏與凸透鏡的距離Ｄ，則凸透鏡的焦距 ｆ＝Ｄ.

實驗說明１．采用燭焰與帶小孔光屏的目的有二，一方面可以構造出點光源，另一方面可以承接像.

２．如果不用平面鏡的話，折射光線是否平行不好判斷，利用平面鏡恰好克服這一不足.

責任編輯程哲

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文