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怎么测量焦距

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yyxx 发表于 2008-7-1 15:13 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 广西河池市南丹县 /金城江电信

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天文望怎么测量焦距呢?
phenix 发表于 2008-7-1 15:27 | 显示全部楼层 来自: 黑龙江省佳木斯市 联通
一般望远镜的规格都有标示的,如果自己测量可以把天望的物镜当作一片凸透镜,baidu一下得到的文章,转给楼主。

凸透镜焦距的测量

    透镜的焦距是反映透镜性能的重要参数之一。比如,我们使用的照相机,最常见的镜头焦距为50mm,通称标准镜头。小于50mm,接近35mm焦距的称为广角镜头,顾名思义,在同样的物距内,拍摄的范围较广。而50mm以上80mm以下焦距的一般称为中焦镜头,而135毫米、200mm、300毫米焦距的一般称为长焦镜头。照像时,可以把这处的景物“放大”,“拉”到照片上来。
    如果有一个镜片,怎样测定它的焦距呢?常用的方法有:

    1、平行光聚焦法
    根据凸透镜特性,让平行光(如太阳光)沿主轴方向入射到凸透镜上,在另一侧与透镜平行放置一光屏,调节光屏位置使光屏上的光斑最小且最明亮,此时透镜与光屏的间距为凸透镜焦距。这是一种简便的粗测凸透镜焦距的方法。
    在实验室还可以用远物成像法代替平行光聚焦法估测凸透镜焦距,方法与平行光法相似;调节光屏的位置,使远处的物体(例如教室的窗或窗外的物体)在光屏上成像,光屏与透镜之间的距离近似为该透镜的焦距。
    尽管上述的两种方法在测量焦距时精确程度不高,但对我们掌握凸透镜焦距的大致范围是很方便和实用的,这是我们粗测凸透镜焦距时常用的方法。

    2、公式法
   利用光具座做凸透镜成实像的实验,测量并记录成像时的物距u和像距v,根据透镜成像公式,计算出透镜焦距f,多次测量后取平均值。

    3、共轭法
   利用光具座固定好光源和光屏位置,测量出它们的间距L。将待测焦距的凸透镜放在其间,沿主轴移动凸透镜,使光屏上两次呈现出光源倒立的像。记录两次成像时透镜的位置,由此求出两次成像过程中透镜移动的距离d,
    根据公式可计算出凸透镜焦距f,这个方法叫共轭法。这是实验室中常用的测凸透镜焦距的方法之一。

    例1 利用光具座研究凸透镜成像的实验中,固定烛焰和光屏的位置,测得其间距为L。在它们之间放一个焦距为f的凸透镜,移动透镜过程中,在光屏上两次出现烛焰的倒立的像。试证明烛焰与光屏间距L大于透镜焦距f的四倍,即L>4f。
    证明:设烛焰成像时到透镜的距离为u,则相应的像距(光屏到透镜的距离)为L-u,根据透镜成像公式,则有
        化简有 f(L-u)+fu=u(L-u)
      整理得 u2-Lu+fL=0
      题设条件中透镜在两个不同位置时在光屏上都能成像,对应在方程u2-Lu+fL=0中,u有两个不相等的实根,实根为 ∵L2-4fL>0, 有L>4f
      由以上分析还可以看到,当L=4f时,,
      此时光屏上只能成一个与烛焰等大的倒立的像。
        当L<4f时,u2-Lu+fL=0没有实根,这表明在L<4f时,不能在光屏上得到烛焰的倒立实像。
        应该指出,这里所做的实验,反映了凸透镜成实像时物像共轭这一重要的特性。凸透镜中物与像是一一对应的关系。所谓物像共轭,是指根据光路的可逆性,如果将物体移到原来成实像的位置,并使先沿原光路逆方向传播,通过透镜它的像将成在原来物的位置。不论透镜成像光路图,还是透镜成像公式,都反映了凸透镜成实像时物像共轭这一重要的光合特性。

    4、平面镜辅助法
   这也是实验室中测凸透镜焦距时常用的一种方法。其装置仍是利用光具座,只是将共轭法中的光屏换成一面平面镜。其原理如图1所示,当光源AB恰好位于凸透镜L的焦点时,光源上任意一点发出的光(以A点为例)经L折射后均为平行光,这束光入射到平面镜M,经M反射后仍为平行光,而且反射光与主轴的夹角和入射光与主轴的夹角是相同的。因此,经平面镜M反射的平行光,再次经透镜L折射后不仅必会聚于光源一侧的焦平面上成像,而且像点和物点关于主光轴必是对称的,如图1中A′与A。由以上分析可知,在平面镜辅助作用下放在凸透镜焦平面上的物体,经透镜和平面镜的折射与反射,最终将在与物相同的平面内成一个倒立的,与物关于主轴对称的实像,如图2中的AB与A′B′(但若AB不在焦平面位置,像A′B′不再与AB同位置)。
    实际的实验常采用带有屏的面光源,通常使光源下端恰好位于凸透镜主轴上。实验时移动面光源,当面光源的屏上出现与光源等大,倒立的像时,光源(即此物屏)恰好处于凸透镜的焦点位置,由此可测出凸透镜的焦距。
         
    图2中表示的就是“物屏”,它是在一个光屏上镂出形的孔,用平行光从屏后射出,就形成形的面光源。但其下部仍是一个光屏。所以在这个实验中物屏即是一个面光源,同时又是一个光屏。

    例2 在凸透镜成像的实验中使用的透镜焦距为12厘米。某同学实验时将烛焰放在主轴上距透镜15厘米处,此时烛焰在什么位置成像?他能用什么方法观察此像?像长是烛焰长的几倍?若他将烛焰移至主轴上距透镜6厘米的位置,上述几个问题结果又如何?
    解:由f=0.12米, u=0.15米,解得v=0.6米,成倒立、放大的实像,可用光屏接收,也可用眼观察。放大率,烛焰距透镜6厘米时,。在同侧距透镜12厘米处成虚像,此像只能用眼睛观察而无法用屏接收,像长是烛焰长的2倍。
        ()

    例3 一个人在距离照相机2.55米处拍照,在底片上得到3.6厘米的全身像,他后退2米又一次拍照,底片上得到他2.0厘米长的全身像。求此照相机的焦距多大?
    解:根据公式  
        有(1)(2)
        设人高为h(即物长),像高为L。
              得  
        代入(1)(2)式 解得h=1.75米
        进而求得v1、v2,得到f=0.05米=5厘米
        结论,照相机焦距为50毫米。

    例4  固定光源和光屏的位置,测得其间距为L。移动放在光源与光屏之间的凸透镜,屏上两次出现光源的倒立的像,已知屏上两次成像的过程中,透镜移动的距离为d,求证:这个凸透镜的焦距
    分析: 根据公式  
        第一次成像时,
        第二次成像时,
        联立(1)(2),解得
        经化简可得 (见图3)
         
        可实际测量中往往由于光的强度不够使反射回来的像极不清晰,所以找实像也是实验中遇到的棘手的问题,有时往往由于这样的小问题而使整个实验失败。
 楼主| yyxx 发表于 2008-7-1 15:33 | 显示全部楼层 来自: 广西河池市南丹县 /金城江电信
谢谢楼上热心的朋友..就怕商家虚标啊~
MARTINHUANG 发表于 2008-7-1 15:47 | 显示全部楼层 来自: 安徽省合肥市 电信
2楼的朋友解释的很详细,学习了!
另外,还有反射类的镜子,如何准确测量其焦距呢?能否再提供一些测量方法?

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