实验目的

通过本次实验，掌握利用物距与像距的关系来测定凸透镜焦距的基本原理和方法。同时，加深对光学成像规律的理解，并学会使用相关实验仪器进行精确测量。

实验原理

当光线通过一个凸透镜时，会根据其折射特性形成实像或虚像。若将物体放置在凸透镜的一侧，并调整至特定位置，可以使光线聚焦于另一侧的屏幕上形成清晰的像。此时，物距（u）与像距（v）之间满足以下关系：

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

其中 \( f \) 为凸透镜的焦距。通过改变物距并记录对应的像距，即可计算出焦距值。

实验器材

- 凸透镜一组

- 光具座

- 白屏

- 点光源（可选）

- 米尺或其他长度测量工具

实验步骤

1. 将凸透镜固定在光具座上，确保其稳定。

2. 在光具座上依次安装白屏和点光源（如无点光源可用普通光源代替），并将它们分别放置在凸透镜两侧。

3. 调整光源与凸透镜之间的距离（即物距 u），逐步改变此距离直至观察到清晰的像出现在白屏上。

4. 测量并记录此时的物距 u 和像距 v。

5. 重复上述操作多次，每次改变物距 u 的大小，记录相应的像距 v 数据。

6. 根据公式 \(\frac{1}{f} = \frac{1}{u} + \frac{1}{v}\)，代入实验数据计算凸透镜的焦距 f。

数据处理

以下是部分实验数据示例：

| 物距 u (cm) | 像距 v (cm) | 计算焦距 f (cm) |

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

| 30| 60| 20|

| 40| 40| 20|

| 50| 33.3| 20|

通过对多组数据取平均值，最终得出凸透镜的焦距约为 20 cm。

结果分析

实验结果表明，随着物距的变化，像距也随之变化，但始终遵循上述公式。这验证了凸透镜成像规律的正确性。此外，实验中需要注意保持实验环境稳定，避免外界因素干扰实验结果。

实验结论

本实验成功测定了凸透镜的焦距，并验证了其成像规律。通过实际操作，我们不仅掌握了理论知识的应用方法，还提高了动手能力和数据分析能力。

注意事项

1. 实验过程中应小心操作，防止损坏光学元件。

2. 确保所有设备摆放平稳，以免影响测量精度。

3. 注意保护眼睛，避免直视强光源。

总结

此次实验让我们更加深入地理解了光学成像的基本原理及其应用，同时也锻炼了我们的实践技能。希望未来能继续探索更多有趣的光学现象！