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1、透镜组节点和焦距的测定一、实验目的一、实验目的 1 1、了解测节器可以测定光具组的工作原理，加深、了解测节器可以测定光具组的工作原理，加深对共轴球面系统基点的认识对共轴球面系统基点的认识 。2 2、学会利用测节器及平行光测定光具组的节点、学会利用测节器及平行光测定光具组的节点和焦距和焦距 。难点：难点：1 1）对共轴球面系统基点的理解和认识；）对共轴球面系统基点的理解和认识； 重点：重点：组装测定透镜组节点和焦距的光路设计和组装测定透镜组节点和焦距的光路设计和调节调节 3、通过实验理解高斯公式对薄透镜和透镜组均通过实验理解高斯公式对薄透镜和透镜组均适用，学会对透镜组用成像作图法适用，学会对透镜
2、组用成像作图法 。2 2）透镜组节点位置的测定）透镜组节点位置的测定 二、实验原理二、实验原理 对于理想的光具组，对于理想的光具组，物像之间共轭关系完全可物像之间共轭关系完全可由几对由几对特殊的点和面特殊的点和面所决所决定，这些特殊的点和面称定，这些特殊的点和面称基点、基面基点、基面。一般来说，。一般来说，基点有物方主点基点有物方主点 和像方和像方主点主点 ，物方节点，物方节点 和像和像方节点方节点 ，物方焦点，物方焦点 和和像方焦点像方焦点 。过这些点垂。过这些点垂直主光轴的平面统称基面。直主光轴的平面统称基面。二、实验原理二、实验原理 （一）节点与节平面（一）节点与节平面 共轴球面系统主光
3、轴共轴球面系统主光轴上上角放大率角放大率 的一的一对共轭点。入射光线与主对共轭点。入射光线与主光轴的交点光轴的交点 称物方节点，称物方节点，出射线与主光轴交点出射线与主光轴交点 称称为像方节点，过节点而与为像方节点，过节点而与主光轴垂直的平面称节平主光轴垂直的平面称节平面。若透镜组置于面。若透镜组置于同一介同一介质质中即物方与像方为同一中即物方与像方为同一介质，则介质，则主点与节点重合主点与节点重合。二、实验原理二、实验原理 （二）（二）焦点和焦平面焦点和焦平面 平行光束经光学系统后的光线（或其延长线）的平行光束经光学系统后的光线（或其延长线）的交点称为焦点。物方空间的平行光束在系统像方空间交
4、点称为焦点。物方空间的平行光束在系统像方空间所对应的光线（或其延长线）的交点所对应的光线（或其延长线）的交点 称像方焦点。称像方焦点。过焦点垂直于主光轴的平面称焦平面。主点过焦点垂直于主光轴的平面称焦平面。主点 至物方至物方焦点焦点 的距离称为的距离称为物方焦距物方焦距 ，主点，主点 至像方焦点至像方焦点 的距离称的距离称像方焦距像方焦距 。二、实验原理二、实验原理 （三）（三）测节器确定节点和焦距测节器确定节点和焦距 先用白屏找到光具组后焦点 位置，再以光具组主轴上某点为轴转动光具组（亦即改变入射光束与主轴的夹角），并注意观察白屏上亮点的位置变化，同时慢慢改变转轴的位置。这样，在光具组的主轴
5、上总可以找到一点，当以此点为轴转动光具组时，焦点 的位置不变，即所成像无横向移动，这点就是后节点 。找到了 ，后主点的位置就被确定了，后焦距 亦可测出。将光具组旋转180，此时原来的节点 成为 ， 同上测量。二、实验原理二、实验原理 （四）（四）透镜组节点位置和焦距的理论计算公式透镜组节点位置和焦距的理论计算公式 设两薄透镜的像方焦距分别为设两薄透镜的像方焦距分别为 和和 ，两透镜之，两透镜之间的距离为间的距离为 ，则透镜组的像方焦距，则透镜组的像方焦距 可由下式求可由下式求出：出：两节点位置：两节点位置： 计算时注意计算时注意 是从第二透镜光心量起，是从第二透镜光心量起， 是从第是从第一透镜
6、光心量起。一透镜光心量起。 测定透镜组节点和焦距设计光路装置图测定透镜组节点和焦距设计光路装置图三、实验仪器三、实验仪器 型光学平台，溴钨灯 ，毫米尺，物镜 ，透镜组 、 ，测节器，测微目镜，白屏，若干光学支架和底座。溴钨灯溴钨灯电源电源测微目镜测微目镜透镜组透镜组物镜物镜毫米尺毫米尺光学平台光学平台测微目镜测微目镜测节器测节器透镜组透镜组四、实验内容四、实验内容1 1、光路的调整光路的调整 (1) (1) 将各光学元件沿着光学平台上的标尺固定在将各光学元件沿着光学平台上的标尺固定在相应的支架上，夹好、靠拢，调同轴等高。相应的支架上，夹好、靠拢，调同轴等高。调节光学支架与调节光学支架与底座一边
7、平行底座一边平行四、实验内容四、实验内容1 1、光路的调整光路的调整 (2) (2)通过准直物镜形成平行光束。通过准直物镜形成平行光束。微调光源与微调光源与毫米尺等高毫米尺等高准直法准直法经反射镜成经反射镜成的像的像四、实验内容四、实验内容1 1、光路的调整光路的调整 (3) (3)调测微目镜的位置调测微目镜的位置 。像方焦距为白屏与透镜像方焦距为白屏与透镜支架之间的距离支架之间的距离在白屏上成清在白屏上成清晰的像晰的像四、实验内容四、实验内容2 2、测定透镜组节点和焦距、测定透镜组节点和焦距 (1) (1) 观察观察 。向左旋转向左旋转向右旋转向右旋转微调透镜组在节微调透镜组在节点架上的位置
8、形点架上的位置形成清晰的像成清晰的像像无横像无横向偏移向偏移像无横像无横向偏移向偏移四、实验内容四、实验内容2 2、测定透镜组节点和焦距测定透镜组节点和焦距 (2) (2) 测量。测量。 测像方焦距和像方节点：测像方焦距和像方节点：用白屏取代测微目镜，用白屏取代测微目镜，接收毫米尺像。分别记下屏和节点架在米尺导轨上接收毫米尺像。分别记下屏和节点架在米尺导轨上位置位置 和和 ，并从节点架导轨上记下透镜组中间位，并从节点架导轨上记下透镜组中间位置（有标线）节点架转轴中心的偏移量置（有标线）节点架转轴中心的偏移量 。 测物方焦距和物方节点：测物方焦距和物方节点：将测节器转动将测节器转动180180，
9、重复测像方焦距和像方节点的步骤，重复测像方焦距和像方节点的步骤， 测得另一组数测得另一组数据据 、 、 。四、实验内容四、实验内容3 3、数据处理、数据处理2 2）用）用1 1：1 1的比例的比例画出被测透镜组及其各种基点的画出被测透镜组及其各种基点的相对位置。相对位置。1 1）像方节点偏离透镜组中心的距离为）像方节点偏离透镜组中心的距离为 ，透镜组，透镜组的像方焦距的像方焦距 ； 物方节点偏离透镜组中心的距离为物方节点偏离透镜组中心的距离为 ，透镜组，透镜组的物方焦距的物方焦距 。 节点和焦距算出后，分别与其理论值算节点和焦距算出后，分别与其理论值算百分误百分误差比差比。五、实验注意事项五、
10、实验注意事项1 1、所有光学玻璃器件应、所有光学玻璃器件应保持清洁保持清洁，避免各种污染，避免各种污染，使用时注意使用时注意防尘、防震防尘、防震；不要对着仪器说话、咳嗽；不要对着仪器说话、咳嗽等；测量时动作要等；测量时动作要轻、缓轻、缓，尽量使身体部位离开实，尽量使身体部位离开实验台面，验台面，以防震动以防震动；所用的光学元件比较精密，；所用的光学元件比较精密，不不能用手触摸能用手触摸光学元件光学表面。光学元件光学表面。2 2、所有光学元件固定在光学支架上时，光学元件位、所有光学元件固定在光学支架上时，光学元件位置置要放正要放正，固定螺丝，固定螺丝不要旋得过紧不要旋得过紧，以防镜片受压，以防镜
11、片受压变形和损坏。实验完毕，应将所有光学元件取下，变形和损坏。实验完毕，应将所有光学元件取下，按顺序放回按顺序放回光学附件盒中。光学附件盒中。五、实验注意事项五、实验注意事项3 3、溴钨灯长时间使用会发热，并且光强过高，因此、溴钨灯长时间使用会发热，并且光强过高，因此在调节光路过程中注意在调节光路过程中注意不要让头部靠的过近不要让头部靠的过近，眼睛，眼睛不要直视不要直视发光出射口。发光出射口。4 4、实验完成后，不可调动仪器，要等老师检查完数、实验完成后，不可调动仪器，要等老师检查完数据并认可后才能关掉光源和电源。同时应把各光学据并认可后才能关掉光源和电源。同时应把各光学元件元件按顺序摆放好按
12、顺序摆放好，养成良好的实验习惯。，养成良好的实验习惯。六、思考题六、思考题1 1、解释用自准法调平行光的理由，如何调整才能将、解释用自准法调平行光的理由，如何调整才能将平行光调准。平行光调准。 2 2、本实验的物以平行光束照射透镜组，其物的像就、本实验的物以平行光束照射透镜组，其物的像就在透镜组的像方焦平面处。若像方焦点在透镜组两薄在透镜组的像方焦平面处。若像方焦点在透镜组两薄透镜之间，则无法用白屏来确定像方焦点。根据节点透镜之间，则无法用白屏来确定像方焦点。根据节点和焦距的理论计算公式分析发生这种情况的条件。和焦距的理论计算公式分析发生这种情况的条件。3 3、分析透镜组基点测量时存在误差的主要原因，实、分析透镜组基点测量时存在误差的主要原因，实验中如何减少误差？你有何建议？验中如何减少误差？你有何建议？
