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：物A物A′Lfx1x2图1自准直法光路图M物屏A’’A’透镜第一次位置u1图2共轭法光路图透镜第二次位置v1v2u2dD像屏（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，则由成像公式可得（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B图3测量凹透镜焦距光路图L1x1x2x3vuAA’A’’O1O2L2B’B’’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（记录自己的实验过程）。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123456平均值摆球直径(cm)②摆长与周期关系摆线长(cm)50.0060.0070.0080.0090.00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123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123表三物距像距法测凹透镜...
