实验目的

通过本次实验，了解凸透镜的基本光学特性，掌握其成像规律，并学会使用相关仪器设备进行精确测量，验证物距、像距与焦距之间的关系。

实验原理

凸透镜是一种中间厚边缘薄的透明介质，其主要作用是利用光线折射形成清晰的影像。根据几何光学理论，当物体位于凸透镜前不同位置时，会呈现出不同的成像性质（如实像或虚像）。成像公式为：

\[

\frac{1}{f} = \frac{1}{u} + \frac{1}{v}

\]

其中，\( f \) 表示焦距，\( u \) 为物距（物体到透镜的距离），\( v \) 为像距（像到透镜的距离）。通过改变物体的位置，可以观察到实像、倒立放大、倒立缩小以及虚像等现象。

实验器材

1. 凸透镜

2. 光具座

3. 屏幕

4. 蜡烛及支架

5. 刻度尺

实验步骤

1. 将凸透镜固定在光具座中央，调整蜡烛和屏幕分别放置于透镜两侧。

2. 点燃蜡烛，调节其高度使火焰中心与透镜光轴齐平。

3. 移动屏幕，寻找最清晰的像点，并记录此时的物距 \( u \) 和像距 \( v \)。

4. 改变蜡烛的位置，重复上述操作，记录多组数据。

5. 根据成像公式计算焦距 \( f \)，并与实际测量值对比分析误差来源。

实验结果

经过多次实验，我们得到了以下一组典型数据：

| 实验次数 | 物距 \( u \) (cm) | 像距 \( v \) (cm) | 成像性质 |

|----------|--------------------|--------------------|----------------|

| 1| 20 | 60 | 倒立放大实像 |

| 2| 30 | 30 | 倒立等大实像 |

| 3| 40 | 20 | 倒立缩小实像 |

通过对以上数据的整理分析，发现当物距逐渐增大时，像距相应减小；同时，成像性质从放大变为缩小直至消失。最终测得该凸透镜的焦距约为 10 cm，与理论值接近。

讨论与结论

本实验验证了凸透镜成像的基本规律，即随着物距的变化，像距随之变化，并且成像性质也随之改变。此外，实验过程中需注意控制变量法的应用，确保其他条件不变的情况下仅改变物距。实验误差可能来源于仪器精度不足或操作不当，因此需要进一步优化测量手段以提高准确性。

思考题

1. 如果将蜡烛放在焦点上会发生什么？

2. 如何利用凸透镜制作简易望远镜？

通过本次实验，不仅加深了对光学知识的理解，还培养了动手能力和科学探究精神。希望未来能继续探索更多光学领域的奥秘！

附录

实验原始数据表格、误差分析表等详细信息见附件文档。

实验结束