如何测量凸透镜的焦距

陈传超

■ 利用平行光的会聚特点

实验原理平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，折射光线在焦点处会聚，焦点到透镜光心的距离叫做焦距.

实验器材凸透镜、白纸板、刻度尺.

测量步骤１．让凸透镜正对着太阳，拿白纸板在它的另一侧来回移动，直到纸上的光斑最小为止．

２．用刻度尺测出纸板到凸透镜的距离Ｄ，则凸透镜的焦距ｆ＝Ｄ.

实验说明１．因为只有太阳光与凸透镜的主光轴平行时，才能准确地确定焦点的位置，故操作时应让凸透镜正对着太阳，即让太阳光垂直于凸透镜，且白纸板与凸透镜平行．

２．当纸上的光斑最小时，应保持凸透镜、白纸板的相对静止．

３．选用纸板而不用白纸的原因是白纸较软，测量时不方便.

■ 利用凸透镜成实像规律

实验原理凸透镜在成实像时，若物距等于２倍焦距，则像距也等于２倍焦距，且物与像等大.

实验器材光具座、蜡烛、凸透镜、光屏.

测量步骤１．在光具座上的中间位置固定好凸透镜，两侧较远处等距离放置点燃的蜡烛、光屏，调整蜡烛、凸透镜、光屏，使它们的中心在同一高度．

２．将蜡烛和光屏等速向凸透镜靠近，直到光屏上出现清晰的实像．

３．测出光屏（或蜡烛）到凸透镜的距离Ｄ，则凸透镜的焦距ｆ＝ .

实验说明１．该实验若通过物像等大的方法来确定位置，不具有操作性，原因是蜡烛的火焰不方便测量大小．

２．在将蜡烛、光屏向凸透镜靠近的过程中必须保证等距离移动，否则所确定的像距（或物距）就不等于２倍焦距.

■ 利用焦点的性质

方法一

实验原理当将物体置于凸透镜的焦点上时，既不成实像也不成虚像.

实验器材凸透镜、刻度尺、书本.

测量步骤１．将凸透镜靠近书本，通过凸透镜观察到放大正立的文字，然后将凸透镜平行远离书本，直到无法通过凸透镜观察到清晰放大的文字为止．

２．用刻度尺测量此时的书本与凸透镜的距离Ｄ，则凸透镜的焦距 ｆ＝Ｄ.

实验说明１．观察过程中应保持凸透镜与书本平行．

２．当无法观察文字时，应立即停止移动，此时，应保持凸透镜与课本的相对静止.

方法二

实验原理对于凸透镜而言，当将点光源置于凸透镜的焦点位置时，折射光线将平行于主光轴.

实验器材光具座、凸透镜、带小孔的光屏、蜡烛、平面镜.

测量步骤１．在光具座上，从左至右依次放点燃的蜡烛、带小孔的光屏、凸透镜、平面镜，调整高度，将蜡烛紧靠光屏，并将烛焰中心、光屏小孔、凸透镜光心、平面镜调整于同一高度，并保证它们与光具座垂直．

２．同时等速移动蜡烛和光屏，观察到烛焰经小孔射出的光经凸透镜折射、平面镜反射、又经凸透镜折射后，会聚成的光斑Ｓ′与小孔Ｓ恰好重合为止，如右图所示．

３．从光具座上读出光屏与凸透镜的距离Ｄ，则凸透镜的焦距 ｆ＝Ｄ.

实验说明１．采用烛焰与带小孔光屏的目的有二，一方面可以构造出点光源，另一方面可以承接像.

２．如果不用平面镜的话，折射光线是否平行不好判断，利用平面镜恰好克服这一不足.

责任编辑程哲

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