老师今天给了个思考题,具体如下:
目的:测出f1,f2.。 现在给定的实验器材:
水平光具座一个(长度一米左右,上面配有安放透镜等的滑块儿);
两个(薄)凸透镜;焦距不同(设为f1,f2,f1>f2);
长细针一个。 除此之外什么都没有,但可以利用室内及窗口光线。 这个实验老师给出了两种测量方案,在此不做探讨,后来我自己想出一个方案,如下:

先用类似“聚光烧蚂蚁”的方法估测出f1,f2(大概分别为15、5厘米左右)
图中大透镜为f1,小透镜为f2。将两个透镜如图放好。自无穷远处(可以观察窗口)的光线先通过f1,在其焦点附近成倒立缩小实像(图中绿),而后调节f2,使“绿像”处在f2的大约二倍焦距处(仅仅为了之后调节方便),眼睛在图中最右侧,透过f2观察,“绿色像”在f2中成倒立放大实像(蓝色),并前后移动f2,目的是使“蓝像”清晰。这里的蓝像相当于看到了远处物体的正立像。此时“绿像”相当于f2的“物”,蓝像相当于“实像”,利用提供的小针,通过“消视差法”测出像距b1。 再测出“a1”。
则由透镜方程可得: 1/(a1-f1)+1/b1=1/f2
然后调换f1、f2位置,重新调节,与上面类似:
(图2)
把小焦距的透镜放在前面,原理类似。可得方程:1/(a2-f2)+1/b2=1/f1
这样我们得到以下方程组:
1/(a1-f1)+1/b1=1/f2
1/(a2-f2)+1/b2=1/f1
显然,f1、f2 得解。
这个方案比较麻烦,但理论上似乎是可行的(我暂时没感觉出破绽)。在实际操作中,第一次测(即大焦距在前)时,观察及测量十分顺利。然而在调换透镜后测量时,调节f2,发现“蓝像”先模糊,渐渐看出窗口的轮廓,可后来就又开始模糊了(可见不是光具座长度不够的原因)。多次调节,都是在一个范围内逐渐清晰一点,又立刻模糊,无法得到一个比较好的像。
实际观察中可以看出不是光强不够的原因。问了老师,老师不耐烦地说:“望远镜就是应该大焦距在前嘛。” 但,我这个方案原理和望远镜有相似之处,但不同。而且,理论山,在两次成像中,两个凸透镜的成像任务相同,无非就是因为焦距不同而产生的调节距离上的差异。两个透镜的地位应该等价。不应出现一个行得通一个行不通的情况。
由此,又想到,望远镜的光路如下图:
(图3)
仔细想想,望远镜两个透镜的成像任务,第一个在自己的焦距左右处成倒立缩小实像,第二个焦距小的透镜将实像做放大的虚像处理。感觉两个透镜除了由大小及焦距引起的像的明亮程度、成像大小不同外,无其他区别,即从两个镜口观察远处物体都应得到清晰的像(不管其大还是小)。 然而实际上,把望远镜倒着看时,看到的像并不清晰(但还是能反映出物体轮廓的)。
麻烦请高人分析一下,为什么我的实验方案行不通,以及望远镜的问题。
可能引起怀疑的地方:
两透镜不等大,焦距大的那个比另一个大两圈左右(个人认为没什么关系)
两透镜均共轴了,操作没有问题,本人的眼睛也正常
两透镜实际焦距:15厘米、5厘米(难道焦距差的大一点就不行?那等焦距怎么样呢?)
若需要其他条件或实验细节,请留帖,我会尽量解答。不胜感激!
目的:测出f1,f2.。 现在给定的实验器材:
水平光具座一个(长度一米左右,上面配有安放透镜等的滑块儿);
两个(薄)凸透镜;焦距不同(设为f1,f2,f1>f2);
长细针一个。 除此之外什么都没有,但可以利用室内及窗口光线。 这个实验老师给出了两种测量方案,在此不做探讨,后来我自己想出一个方案,如下:

先用类似“聚光烧蚂蚁”的方法估测出f1,f2(大概分别为15、5厘米左右)
图中大透镜为f1,小透镜为f2。将两个透镜如图放好。自无穷远处(可以观察窗口)的光线先通过f1,在其焦点附近成倒立缩小实像(图中绿),而后调节f2,使“绿像”处在f2的大约二倍焦距处(仅仅为了之后调节方便),眼睛在图中最右侧,透过f2观察,“绿色像”在f2中成倒立放大实像(蓝色),并前后移动f2,目的是使“蓝像”清晰。这里的蓝像相当于看到了远处物体的正立像。此时“绿像”相当于f2的“物”,蓝像相当于“实像”,利用提供的小针,通过“消视差法”测出像距b1。 再测出“a1”。
则由透镜方程可得: 1/(a1-f1)+1/b1=1/f2
然后调换f1、f2位置,重新调节,与上面类似:
(图2)
把小焦距的透镜放在前面,原理类似。可得方程:1/(a2-f2)+1/b2=1/f1
这样我们得到以下方程组:
1/(a1-f1)+1/b1=1/f2
1/(a2-f2)+1/b2=1/f1
显然,f1、f2 得解。
这个方案比较麻烦,但理论上似乎是可行的(我暂时没感觉出破绽)。在实际操作中,第一次测(即大焦距在前)时,观察及测量十分顺利。然而在调换透镜后测量时,调节f2,发现“蓝像”先模糊,渐渐看出窗口的轮廓,可后来就又开始模糊了(可见不是光具座长度不够的原因)。多次调节,都是在一个范围内逐渐清晰一点,又立刻模糊,无法得到一个比较好的像。
实际观察中可以看出不是光强不够的原因。问了老师,老师不耐烦地说:“望远镜就是应该大焦距在前嘛。” 但,我这个方案原理和望远镜有相似之处,但不同。而且,理论山,在两次成像中,两个凸透镜的成像任务相同,无非就是因为焦距不同而产生的调节距离上的差异。两个透镜的地位应该等价。不应出现一个行得通一个行不通的情况。
由此,又想到,望远镜的光路如下图:
(图3)
仔细想想,望远镜两个透镜的成像任务,第一个在自己的焦距左右处成倒立缩小实像,第二个焦距小的透镜将实像做放大的虚像处理。感觉两个透镜除了由大小及焦距引起的像的明亮程度、成像大小不同外,无其他区别,即从两个镜口观察远处物体都应得到清晰的像(不管其大还是小)。 然而实际上,把望远镜倒着看时,看到的像并不清晰(但还是能反映出物体轮廓的)。
麻烦请高人分析一下,为什么我的实验方案行不通,以及望远镜的问题。
可能引起怀疑的地方:
两透镜不等大,焦距大的那个比另一个大两圈左右(个人认为没什么关系)
两透镜均共轴了,操作没有问题,本人的眼睛也正常
两透镜实际焦距:15厘米、5厘米(难道焦距差的大一点就不行?那等焦距怎么样呢?)
若需要其他条件或实验细节,请留帖,我会尽量解答。不胜感激!