自由光学台实验

实验目的

通过自由摆放光学元件,探究光的反射、折射和透镜成像的规律。

实验原理

光的反射遵循反射定律:反射角等于入射角,反射光线、入射光线和法线在同一平面内。光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向会改变,即折射。凸透镜成像取决于物距 u 与焦距 f:u > 2f 成倒立、缩小的实像;f < u < 2f 成倒立、放大的实像;u < f 成正立、放大的虚像。

实验器材

• 光源(蜡烛或激光)
• 平面镜
• 凸透镜
• 凹透镜
• 光屏
• 光具座(具体元件以页面提供的为准)

实验步骤

1. 在光学台上放好光源,打开光源观察光线的传播路径。
2. 放入平面镜,改变入射角,观察反射光线的方向。
3. 换成凸透镜,把光源、透镜、光屏摆在同一直线上。
4. 移动光源或光屏,直到光屏上出现清晰的像。
5. 改变物距,记录像的大小、正倒和虚实。
6. 换成凹透镜,比较光线经过后的变化。

实验现象与结论

平面镜反射时反射角总等于入射角。凸透镜对光有会聚作用,物距由大变小时,光屏上的像先是倒立缩小的实像,再变成倒立放大的实像;物距小于焦距时光屏上接不到像,透过透镜可看到正立放大的虚像。凹透镜对光有发散作用。

注意事项

• 真实实验中不要用激光直射眼睛。
• 使用蜡烛时注意防火,远离易燃物。
• 不要用手触摸透镜表面。

常见问题

凸透镜成像时光屏上看不到像,可能是什么原因?

可能是物距小于或等于焦距,或烛焰、透镜、光屏中心不在同一高度,也可能光屏位置不对。

实像和虚像有什么区别?

实像由实际光线会聚而成,能在光屏上呈现;虚像由光线的反向延长线相交而成,光屏上接不到。