仿真實(shí)驗

(單擺測重力加速度和單透鏡焦距的測定)

引言

隨著計算機(jī)應(yīng)用的普及，在各個應(yīng)用領(lǐng)域都采用計算機(jī)設(shè)計和仿真，在大學(xué)物理實(shí)驗課教學(xué)中，除了實(shí)際操作外還可以進(jìn)行計算機(jī)仿真實(shí)驗，對有些內(nèi)容采用仿真實(shí)驗也可以起到很好的效果。

一、實(shí)驗?zāi)康?#xff1a;

1、了解仿真實(shí)驗特點(diǎn)

2、學(xué)會用仿真實(shí)驗完成單擺測重力加速度

3、學(xué)會用仿真實(shí)驗完成單透鏡焦距的測定

二、實(shí)驗儀器：

計算機(jī)、仿真軟件

三、實(shí)驗原理

1、單擺的工作原理

單擺在擺動過程中，當(dāng)擺角小于5度時，其運(yùn)動為簡諧運(yùn)動，周期，通過測定擺長與可測定加速度。

詳細(xì)請見：課本240-243頁

2、單透鏡焦距測定的原理

凸透鏡的成像規(guī)律為：像的大小和位置是依照物體離透鏡的距離而決定的

當(dāng)時，極遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過透鏡在后焦點(diǎn)附近成縮小的倒立實(shí)像。

當(dāng)時，物體越靠近前焦點(diǎn)，像逐漸遠(yuǎn)離后焦點(diǎn)且逐漸變大。

當(dāng)時，物體位于前焦點(diǎn)，像存在于無窮遠(yuǎn)處。

當(dāng)時，物體位于前焦點(diǎn)以內(nèi)，像為正立放大的虛像，與物體位于同側(cè)，由于虛像點(diǎn)是光線反方向延長的交點(diǎn)，因此不能用像屏接收，只能通過透鏡觀察。

(１)、自準(zhǔn)直法測凸透鏡的焦距

光路圖如下圖1所示。當(dāng)物體A處在凸透鏡的焦距平面時，物A上各點(diǎn)發(fā)出的光束，經(jīng)透鏡后成為不同方向的平行光束。若用一與主光軸垂直的平面鏡M將平行光反射回去，則反射光再經(jīng)透鏡后仍會聚焦于透鏡的焦平面上，此關(guān)系就稱為自準(zhǔn)直原理。所成像是一個與原物等大的倒立實(shí)像A′。所以自準(zhǔn)直法的特點(diǎn)是，物、像在同一焦平面上。自準(zhǔn)直法除了用于測量透鏡焦距外，還是光學(xué)儀器調(diào)節(jié)中常用的重要方法。

物A

物A′

L

f

x1

x2

圖1自準(zhǔn)直法光路圖

M

凸透鏡焦距： (1)

x1為物屏在光具座上位置讀數(shù)，x2為凸透鏡在光具座上位置讀數(shù)。

(２)、貝塞爾法(共軛法，二次成像法)測凸透鏡的焦距

利用凸透鏡物像共軛對稱成像的性質(zhì)測量凸透鏡焦距的方法，叫共軛法。所謂“物像共軛”是指物與像的位置可以互換，透鏡位置與像的大小一一對應(yīng)。

固定物與像屏間的距離不變，并使間距D大于4f，則當(dāng)凸透鏡置于物體與像屏之間時，移動凸透鏡可以找到兩個位置，使白屏上都能得到清晰的實(shí)像。一個大像，一個小像。如圖2。

物屏

A’’

A’

透鏡第一次位置

u1

圖2共軛法光路圖

透鏡第二次位置

v1

v2

u2

d

D

像屏

透鏡移動的距離為，物屏、像屏之間的距離為，運(yùn)用物像共軛的對稱性質(zhì)有：

(2)

只要測出和，即可求出。

以上兩種方法，共軛法測出的焦距一般較為準(zhǔn)確，它避免了物距像距法估計光心位置不準(zhǔn)帶來的誤差，它毋須考慮透鏡本身的厚度。

(３)、物距像距法測凹透鏡的焦距

凹透鏡是發(fā)散透鏡，無法成實(shí)像，因而無法直接測量其焦距，往往采用一凸透鏡作輔助透鏡來測量。

測量方法：輔助透鏡成像法

設(shè)物屏發(fā)出的光，經(jīng)輔助凸透鏡成實(shí)像于處，放入待測焦距的凹透鏡成實(shí)像于處，則和相對于來說分別是虛物和實(shí)像。分別測出到和的距離和，根據(jù)(1)式，就可以算出焦距。如圖3所示。

B

圖3測量凹透鏡焦距光路圖

L1

x1

x2

x3

v

u

A

A’

A’’

O1

O2

L2

B’

B’’

實(shí)物AB經(jīng)凸透鏡L1成像于A′B′。在L1和A′B′之間插入待測凹透鏡L2，就凹透鏡L2而言，虛物A’B′又成像于A″B″。實(shí)驗中，調(diào)整L2及像屏至合適的位置，就可找到透鏡組所成的實(shí)像A″B″。因此可把O2A′看為凹透鏡的物距u，O2A″看為凹透鏡的像距v，則由成像公式可得

(虛物的物距為負(fù))

(3)

由于，求出的凹透鏡L2的焦距f 為負(fù)值。

四、實(shí)驗內(nèi)容

1、單擺測重力加速度

① 用游標(biāo)卡尺測量鋼球直徑6次；

② 選擇不同擺長，測量10個全振動所需要的時間；

③ 計算重力加速度，并計算其平均值。

2、單透鏡焦距的測定

① 自準(zhǔn)直法測凸透鏡的焦距；

② 貝塞爾法(共軛法，二次成像法)測凸透鏡的焦距；

③ 物距像距法測凹透鏡的焦距。

五、實(shí)驗步驟

請留大約半面空白，在實(shí)驗室完成(記錄自己的實(shí)驗過程)。

六、數(shù)據(jù)記錄與處理

1、單擺測重力加速度

① 用游標(biāo)卡尺測鋼球直徑：

序號

1

2

3

4

5

6

平均值

擺球直徑(cm)

② 擺長與周期關(guān)系

擺線長(cm)

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

擺長(cm)

(S)

(S)

= (注意計算過程中的單位換算，結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

2、單透鏡焦距的測定

表一、自準(zhǔn)直法測凸透鏡焦距(單位:cm)

次數(shù)

物屏

透鏡

1

2

3

表二 二次成像法測凸透鏡焦距(單位:cm)

次數(shù)

物屏

大像

小像

像屏

1

2

3

表三 物距像距法測凹透鏡焦距(單位:cm)

次數(shù)

凹透鏡

像屏1

像屏2

1

2

3

思考題：

1、近視眼鏡片和遠(yuǎn)視眼鏡片各為何種透鏡？

2、比較測凸透鏡焦距所用的方法，哪一種方法誤差小？

實(shí)驗注意事項和存在的問題：

1、要按照要求打開程序。

2、若程序無法啟動，可以將計算機(jī)注銷一下。

3、實(shí)驗完成后請將電腦正常關(guān)閉。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的物理实验计算机仿真单摆实验,大学物理实验仿真实验实验报告.doc的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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