光学实验离不开光学仪器，透镜是组成光学仪器的基本元件，透镜及各种透镜的组合可形成放大和缩小的实像及虚像，借助于透镜及其组合，人类得以把视觉范围扩展到遥远的宇宙空间和肉眼看不见的微观世界。

实验目的

1. 掌握透镜成像的基本规律。

2. 学习基本光路的调整方法和光学实验的基本知识。

3. 测薄透镜的焦距。

实验仪器

光具座、凸透镜、凹透镜、物屏、白屏、平面反射镜、光源等。

实验原理

1. 公式法测薄透镜焦距

设薄透镜的像方焦距为，物距为，对应的像距为，则透镜成像的高斯公式在近轴条件下为

                                        (1)

应用上式时，必须注意各物理量所适用的符号规则。

(1) 测量凸透镜焦距的方法有：

①测量物距与像距求焦距。

②透镜两次成像求焦距(二次成像法或共轭法)。调节物屏与白屏之间的距使其间的距离,如图2所示。则当会聚透镜在物屏与白屏之间移动时，可以找到两个位置，白屏上都能得到清晰的实像，透镜两个位置之间的距离为e,运用物像的共轭对称性质，用(1)式推出

                                       (2)

上式表明，只要测出L、e，就可以算出。由于是通过透镜两次成像而求得的，因而这种方法称为二次成像法。

③由光的可逆性原理求焦距(自准直法)。

(2) 测定凹透镜焦距的方法有：

①由辅助透镜成像求焦距。

②自准直法。

2. 多折射面光学系统的共轴调节

透镜成像公式只有在近轴光线的条件下才能成立，对球形折射面光学系统来说，各球面曲率中心位于同一直线上，这一直线又和导轨面平行，就称该光学系统共轴等高。

在光学实验中，光学元件的共轴调节是最基本的，共轴调节一般分为二步：粗调和细调。

实验内容

1. 测凸透镜的焦距

(1) 用简单直接的方法，粗测(估测)待测凸透镜的焦距(方法自行考虑)。

(2) 共轴调节。

(3) 物距像距法测凸透镜焦距。

(4) 由透镜两次成像求焦距(二次成像法或共轭法)测凸透镜焦距。

(5) 由光的可逆性原理求焦距，用自准直法测凸透镜焦距。

数据记录及处理

(1) 物距像距法数据记录如表1所示

(2) 共轭法数据记录如表2所示。

(3) 自准直法数据记录如表3所示。

2. 自组光路测凹透镜的焦距

(1) 自组要求

①画出光路图(两种方法)，写出测量结果的计算公式。

②写出主要步骤和注意事项。

③自拟记录表格。

(2) 自组提示

根据凹透镜的成像规律，实物不能成实像，要测量凹透镜的焦距，必须使通过凹透镜的光线最后成实像，才能测量，因此在自组光路测凹透镜焦距过程中必须引进其它透镜与之配合才成。

来源：教务处