大学物理实验仿真实验实验报告

仿真实验 （单摆测重力加速度和单透镜焦距的测定） 引言 随着计算机应用的普及，在各个应用领域都采用计算机设计和仿真，在大学物理实验课教学中，除了实际操作外还可以进行计算机仿真实验，对有些内容采用仿真实验也可以起到很好的效果。 一、实验目的： 1、了解仿真实验特点 2、学会用仿真实验完成单摆测重力加速度 3、学会用仿真实验完成单透镜焦距的测定 二、实验仪器： 计算机、仿真软件 三、实验原理 1、单摆的工作原理 单摆在摆动过程中，当摆角小于5度时，其运动为简谐运动，周期 ，通过测定摆长 与 可测定加速度 。 详细请见：课本240-243页 2、单透镜焦距测定的原理 凸透镜的成像规律为：像的大小和位置是依照物体离透镜的距离而决定的 当 时，极远处的物体经过透镜在后焦点附近成缩小的倒立实像。 当 时，物体越靠近前焦点，像逐渐远离后焦点且逐渐变大。 当 时，物体位于前焦点，像存在于无穷远处。 当 时，物体位于前焦点以内，像为正立放大的虚像，与物体位于同侧，由于虚像点是光线反方向延长的交点，因此不能用像屏接收，只能通过透镜观察。 （１）、自准直法测凸透镜的焦距 光路图如下图1所示。当物体A处在凸透镜的焦距平面时，物A上各点发出的光束，经透镜后成为不同方向的平行光束。若用一与主光轴垂直的平面镜M将平行光反射回去，则反射光再经透镜后仍会聚焦于透镜的焦平面上，此关系就称为自准直原理。所成像是一个与原物等大的倒立实像A′。所以自准直法的特点是，物、像在同一焦平面上。自准直法除了用于测量透镜焦距外，还是光学仪器调节中常用的重要方法。 凸透镜焦距：                          (1) x1为物屏在光具座上位置读数，x2为凸透镜在光具座上位置读数。 （２）、贝塞尔法（共轭法，二次成像法）测凸透镜的焦距 利用凸透镜物像共轭对称成像的性质测量凸透镜焦距的方法，叫共轭法。所谓“物像共轭”是指物与像的位置可以互换，透镜位置与像的大小一一对应。 固定物与像屏间的距离不变，并使间距D大于4f，则当凸透镜置于物体与像屏之间时，移动凸透镜可以找到两个位置，使白屏上都能得到清晰的实像。一个大像，一个小像。如图2。 透镜移动的距离为 ，物屏、像屏之间的距离为 ，运用物像共轭的对称性质有： （2） 只要测出 和 ，即可求出 。 以上两种方法，共轭法测出的焦距一般较为准确，它避免了物距像距法估计光心位置不准带来的误差，它毋须考虑透镜本身的厚度。 （３）、物距像距法测凹透镜的焦距 凹透镜是发散透镜，无法成实像，因而无法直接测量其焦距，往往采用一凸透镜作辅助透镜来测量。 测量方法：辅助透镜成像法 设物屏 发出的光，经辅助凸透镜 成实像于 处，放入待测焦距的凹透镜 成实像于 处，则 和 相对于 来说分别是虚物和实像。分别测出 到 和 的距离 和 ，根据(1)式，就可以算出焦距 。如图3所示。 实物AB经凸透镜L1成像于A′B′。在L1和A′B′之间插入待测凹透镜L2，就凹透镜L2而言，虚物A’B′又成像于A″B″。实验中，调整L2及像屏至合适的位置，就可找到透镜组所成的实像A″B″。因此可把O2A′看为凹透镜的物距u，O2A″看为凹透镜的像距v，则由成像可得 （虚物的物距为负） （3） 由于 ，求出的凹透镜L2的焦距f 为负值。 四、实验内容 1、单摆测重力加速度 ① 用游标卡尺测量钢球直径6次； ② 选择不同摆长，测量10个全振动所需要的时间； ③ 计算重力加速度，并计算其平均值。 2、单透镜焦距的测定 ① 自准直法测凸透镜的焦距； ② 贝塞尔法（共轭法，二次成像法）测凸透镜的焦距； ③ 物距像距法测凹透镜的焦距。 五、实验步骤 请留大约半面空白，在实验室完成（自己的实验过程）。 六、数据记录与处理 1、单摆测重力加速度 1 用游标卡尺测钢球直径： 序号 1 2 3 4 5 6 平均值 摆球直径(cm)                               ② 摆长与周期关系 摆线长 (cm) 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 摆长 (cm)           (S)           (S)                                 =             （注意计算过程中的单位换算，结果保留3位有效数字） 2、单透镜焦距的测定 表一、自准直法测凸透镜焦距(单位:cm) 次数 物屏 透镜 1       2       3               表二    二次成像法测凸透镜焦距(单位:cm) 次数 物屏 大像 小像 像屏 1               2               3                               表三  物距像距法测凹透镜焦距(单位:cm) 次数 凹透镜 像屏1 像屏2 1             2             3                           思考题： 1、近视眼镜片和远视眼镜片各为何种透镜？ 2、比较测凸透镜焦距所用的方法，哪一种方法误差小？ 实验注意事项和存在的问题： 1、要按照要求打开程序。 2、若程序无法启动，可以将计算机注销一下。 3、实验完成后请将电脑正常关闭。