王芳芳 張景紅 張軼炳

（寧夏大學物理電氣信息學院 寧夏 銀川 750021）

王 超

（寧夏大學基礎物理實驗中心 寧夏 銀川 750021）

1 引言

測量透鏡的焦距是物理光學實驗中的重要內(nèi)容.傳統(tǒng)的測量透鏡焦距的方法通過尋找最清晰的成像位置計算焦距.由于人眼的分辨率低，很難準確找出真正的成像位置，以至無法精確地計算出透鏡的焦距［1］.電測法測量透鏡的焦距是一種全新的測量透鏡焦距的方法，該法巧妙地運用光電傳感器找出最清晰的成像位置，并以電信號形式輸出，最終通過數(shù)據(jù)形式計算出透鏡的焦距，最大程度地減小了實驗的誤差.

2 電測法原理

2.1 器材

（1）電阻箱0～99 999Ω；

（3）電流表0～200mA（精度：三位半數(shù)顯萬用表）；

（4）電壓表200mV～2V（精度：三位半數(shù)顯萬用表）；

（5）光電傳感器系統(tǒng)；

（6）透鏡、導線若干、鋁合金底座、電源、鎢燈.

2.2 原理

在光具座上固定一根電阻絲代替米尺.以光電傳感器代替像屏.物屏、透鏡及光電傳感器通過開關(guān)與電阻絲連接，開關(guān)被固定在各部件上，可隨部件的移動而移動.通過導線將物屏、透鏡及光電傳感器的電阻絲與電流表、電阻箱及電源串聯(lián)，分別在物屏和透鏡、透鏡和光電傳感器兩端并聯(lián)電壓表，如圖1所示.

圖1 電測法測量透鏡焦距示意圖

固定物屏和透鏡的位置，即物距一定，移動光電傳感器，使得像距可變.光電傳感器將接收到的光信號轉(zhuǎn)變成電信號.改變像距，通過觀察電流表的指針變化判斷成像的過程.光電傳感器移動到像平面應在的最佳位置時光強最強，此時從電流表中可觀察到指針偏轉(zhuǎn)角度最大.該位置下透鏡到光電傳感器的距離即為像距.

設薄透鏡的像方焦距為f，物距u，對應的像距為v，則透鏡成像的高斯公式為

從式（3）可以看出，只要通過測量求出R1和R2，即可計算出透鏡的焦距.由歐姆定律可得R1＝.則透鏡的焦距為

由式（4）可知，通過測量電路中的電流以及物距、像距對應的電壓值即可得出透鏡的焦距.

3 實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果

根據(jù)電測法原理將所需實驗儀器按照電測法測量透鏡焦距示意圖連接，如圖2所示.將測量結(jié)果填入表1.

圖2 電測法測量透鏡焦距操作圖

表1 電測法原始數(shù)據(jù)記錄表

續(xù)表

4 使用效果

（1）采用傳感技術(shù)替代用人眼判斷成像的過程，用電測法代替米尺提高實驗的精度，減小誤差.

（2）電測法測量透鏡焦距是一個集光學、電學、傳感器技術(shù)多知識點于一體的綜合性實驗.

（3）將本實驗推廣至物理光學實驗中可幫助學生綜合理解光學、電學知識并深刻理解高斯成像公式、電阻的定義式及歐姆定律.

（4）實驗環(huán)境輕松.

（5）設備改造方便，傳統(tǒng)的光具座比較笨重，難以移動.

5 結(jié)束語

采用傳感技術(shù)替代肉眼判斷成像的過程是電測法測量透鏡焦距的創(chuàng)新之處.操作過程中，我們發(fā)現(xiàn)光電傳感器的靈敏度和光源的強度是直接影響此法測量成功與否的關(guān)鍵.光電傳感器的靈敏度與光源有關(guān)，光越強光電傳感器轉(zhuǎn)變的電信號越明顯，而光源的強度則受鎢燈的直接影響，在操作時，需要特別注意.

電測法代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法測量透鏡焦距，不僅可以提高實驗的精確度，減小誤差，而且也將一個單純的基本光學實驗改進成為一個綜合設計性實驗，既保留了傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容，又可將現(xiàn)代測量技術(shù)引入到實驗中.這種從學習中來到學習中去的學習過程對學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力是一個極好的培養(yǎng)和鍛煉.并且電測法的這種測量方法在其他類似的實驗中也可以借鑒.取材容易，便于自制推廣，結(jié)構(gòu)簡單.

1 郭彥杰，王曉娟.測微目鏡法代替光屏法測定薄透鏡焦距.河南教育學院學報：自然科學版，2010，19（4）：22～24