望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡試驗(yàn)報(bào)告材料

1、實(shí)用文檔望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡實(shí)驗(yàn)報(bào)告BME8 鮑小凡 2008013215【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1) 了解望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的構(gòu)造及其放大原理，并掌握其使用方法;(2) 了解放大率等的概念并掌握其測(cè)量方法；(3)進(jìn)一步熟悉透鏡成像規(guī)律。【實(shí)驗(yàn)原理】一、望遠(yuǎn)鏡1、望遠(yuǎn)鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)無窮遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光經(jīng)物鏡后在物鏡焦平面上成一倒立縮小的實(shí)像，再利用目鏡將此實(shí)像成像于無 窮遠(yuǎn)處，使視角增大，利于人眼觀察。圖1望遠(yuǎn)鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)使用望遠(yuǎn)鏡時(shí)，應(yīng)先調(diào)目鏡，看清分劃板，再調(diào)鏡筒長度。使被觀察物清晰可見并與分劃板叉絲無視 差(中間像落在分劃板平面上)。2、望遠(yuǎn)鏡的視放大率。記目視光學(xué)儀器所成的像對(duì)人眼的張角為3，物體直

2、接對(duì)人眼的張角為3,則視放大率:實(shí)用文檔tan '由幾何光路可知:y' tan = fo'tan ' '=y' y'fefe'因此，望遠(yuǎn)鏡的視放大率:fo'y較近時(shí)，即物距:一 TF實(shí)際測(cè)量望遠(yuǎn)鏡無焦系統(tǒng)的視放大率時(shí)，利用圖二所示的光路圖。當(dāng)物時(shí)，物鏡所成的像會(huì)位于 O右側(cè)（實(shí)像）或左側(cè)（虛像），經(jīng)目鏡后，即成縮小的實(shí)像y'',于是視放大率:fe'fey''3、物像共面時(shí)的視放大率。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡的被觀測(cè)物位于有限遠(yuǎn)時(shí),個(gè)平面上來測(cè)量。如圖三。此時(shí):圖2 測(cè)望遠(yuǎn)鏡的視放大率圖望遠(yuǎn)鏡的視放大

3、率可以通過移動(dòng)目鏡把像y''推遠(yuǎn)到與物y在一,y tan '=Ltan = L于是可以得到望遠(yuǎn)鏡物像共面時(shí)的視放大率:_ y'' _ fo' L fe'T 一 y 一 fe' Li - fo'實(shí)用文檔可見，當(dāng)物距Li大于20倍物鏡焦距時(shí)，它和無窮遠(yuǎn)時(shí)的視放大率差別很小?？梢姡?dāng)物距Li大于20倍物鏡焦距時(shí)，它和無窮遠(yuǎn)時(shí)的視放大率差別很小。圖3測(cè)望遠(yuǎn)鏡物象共面時(shí)的視放大率二、顯微鏡1、顯微鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)顯微鏡的物鏡、目鏡都是會(huì)聚透鏡，位于物鏡物方焦點(diǎn)外側(cè)附近的微小物體經(jīng)物鏡放大后先成一放大 的實(shí)像，此實(shí)像再經(jīng)目鏡成像于無窮

4、遠(yuǎn)處，這兩次放大都使得視角增大。為了適于觀察近處的物體，顯微 鏡的焦距都很短。圖4顯微鏡基本光學(xué)系統(tǒng)使用時(shí)需先進(jìn)行視度調(diào)節(jié)使分劃板叉絲的像位于人眼明視距離處，再調(diào)焦使被觀察物清晰可見并與分 劃板叉絲的像無視差。2、顯微鏡的視放大率。顯微鏡的視放大率定義為像對(duì)人眼的張角的正切和物在明視距離D=250mni處時(shí)直接對(duì)人眼的張角的正切之比。于是由三角關(guān)系得：y'fe' _ Dy'y D - fe'yD、fe'fo'=：0： e其中，°。=y'/y =Wf。'為物鏡的線放大率,e = D/ fe '為目鏡的視放大率。從上

5、式可看出，顯微鏡的物鏡、目鏡焦距越短，光學(xué)間隔越大，顯微鏡的放大倍數(shù)越大。實(shí)用文檔圖5顯微鏡成像于有限遠(yuǎn)時(shí)的光路圖當(dāng)顯微鏡成虛像于距目鏡為1''的位置上，而人眼在目鏡后焦點(diǎn)處觀察時(shí)（如圖五），顯微鏡的視放 大率為:y'' 1'' fe'y'' 1'' fe' y' Dy'=Tdy' D 7 =心中間像并不在目鏡的物方焦平面上，'=y'/y * 5/f。'。這時(shí)視放大率的測(cè)量可通過一個(gè)與主光軸成45度的半透半反鏡把一帶小燈的標(biāo)尺成虛像至顯微鏡的像平面，直

6、接比較測(cè)量像長y'',即可得出視放大率：II3、測(cè)量顯微鏡它由線放大率3 0為固定值的物鏡和測(cè)微目鏡組成。使用時(shí)調(diào)整測(cè)量顯微鏡位置使得成像在叉絲平面上,則像的實(shí)際大小為測(cè)微目鏡測(cè)量值除以3 0?！緦?shí)驗(yàn)儀器】 望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)：物鏡1件，目鏡1件，測(cè)量顯微鏡1件（物鏡線放大率 P0 =1.000）,豎直標(biāo)尺1件（分格值5.0mm）,導(dǎo)軌1臺(tái)，滑塊若干，像屏 1件。顯微鏡實(shí)驗(yàn)：物鏡1件，目鏡1件，半透半反鏡1件，玻璃標(biāo)尺1件（分格值0.20mm）,帶小燈毫米標(biāo)尺1件，木尺1把，導(dǎo)軌1臺(tái)，滑塊若干。【實(shí)驗(yàn)任務(wù)】-、望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)實(shí)用文檔自己組裝望遠(yuǎn)鏡。并測(cè)量其視放大率。測(cè)量物距為離望遠(yuǎn)鏡物鏡6

7、5.00cm且物像共面時(shí)的視放大率。實(shí)驗(yàn)中用日光燈照亮豎直標(biāo)尺作為望遠(yuǎn)鏡的“物”，并作共軸調(diào)節(jié)，使物標(biāo)尺上的十字焦點(diǎn)與透鏡L e,Lo共軸，且該軸與光具座導(dǎo)軌平行。(1)望遠(yuǎn)鏡無焦系統(tǒng)的視放大率即L e, L0焦點(diǎn)重合時(shí)的視放大率。透鏡間距=f0 +f；,用測(cè)量顯微鏡測(cè)出豎直標(biāo)尺上3小格(15.0mm)經(jīng)望遠(yuǎn)鏡所成像的大小 寸。重復(fù)測(cè)量3次，取平均值 y",計(jì)算視放大率，比較實(shí)驗(yàn)值與理論值，計(jì)算相對(duì)偏差。(2)測(cè)量物距為離望遠(yuǎn)鏡物鏡65.00cm且物像共面時(shí)的視放大率。移動(dòng)目鏡，使從目鏡中能看到豎直標(biāo)尺的像，一眼從外直接觀察豎直標(biāo)尺，另一眼看標(biāo)尺的像，一邊輕輕晃動(dòng)眼睛，一邊緩慢移動(dòng)目

8、鏡位置，使標(biāo)尺與其像之間基本沒有視差。測(cè)出與標(biāo)尺像上n格所對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺上的m格，最后求出視放大率的平均值，并比較實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值，計(jì)算相對(duì)偏差。二、顯微鏡實(shí)驗(yàn)自己設(shè)計(jì)組裝一臺(tái)觀察點(diǎn)位于目鏡后焦點(diǎn)、成像于人眼明視距離D=250mmb、視放大率為20倍的顯微鏡。并實(shí)際測(cè)量該顯微鏡的視放大率。(1)設(shè)計(jì)、計(jì)算物鏡與目鏡間距。求出中間像y“距物鏡、目鏡的間距 q0, pe,可得出l = q0 + pe。(2)按計(jì)算值在光具座上安裝好一臺(tái)顯微鏡，以綠色帶小燈的玻璃標(biāo)尺作物，調(diào)節(jié)物距，通過目鏡看清楚此綠色標(biāo)尺的像。測(cè)量視放大率時(shí)可參照?qǐng)D6裝配儀器。使通過 P同時(shí)看到的毫米標(biāo)尺 AB的像和玻璃標(biāo)尺像間消視差。若

9、2色玻璃標(biāo)尺上n格與毫米標(biāo)尺的m分格等大，則：_yj -mt-T 一 一y n其中t為毫米標(biāo)尺的分格值，t=1.0mm,三為玻璃標(biāo)尺的分格值，=0.20mmio共需測(cè)量三次，求平均視放大率，并與設(shè)計(jì)值比較，計(jì)算相對(duì)偏差。實(shí)用文檔-H-$J圖6測(cè)顯微鏡視放大率的儀器裝配圖【數(shù)據(jù)處理和誤差分析】1、標(biāo)定測(cè)量顯微鏡：用綠色刻尺（每格 0.20mm）作為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定測(cè)量顯微鏡，測(cè)量顯微鏡編號(hào)13標(biāo)準(zhǔn)物y= 2 mm （10格），像y' = 1.85mm ,顯微鏡物鏡放大率3 o=0.9252、望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)物鏡編號(hào)10 ,物鏡焦距fo' = 15.44cm ,目鏡編號(hào) 04 ,目鏡焦距fe，=

10、 3.14cm物屏位置 55.00cm,物鏡位置Lo= 120.00cm,目鏡位置Le= 140.50cm,測(cè)量顯微鏡位置=149.55cm 。測(cè)量序號(hào)123E子上端線位直 d1（mm）5.3205.4145.344E字卜端線位直 d2（mm）2.5442.5502.586像高 y'' =(d1-d2)/ 3 o(mm)2.7762.8642.758先做共軸調(diào)節(jié)，用日光燈照亮豎直標(biāo)尺作為望遠(yuǎn)鏡的“物”，使物標(biāo)尺上的十字交點(diǎn)與透鏡Lo、Le共軸，且該軸與光具座的導(dǎo)軌平行。通過測(cè)無焦系統(tǒng)的橫向放大率來測(cè)望遠(yuǎn)鏡的放大率（L1=65cm）使透鏡間距為fo' +fe',用

11、測(cè)量顯微鏡測(cè)出豎直標(biāo)尺上 “ E”字高經(jīng)望遠(yuǎn)鏡后所成像的大小y'',重復(fù)測(cè)量三次取平均值 丁'，計(jì)算出視放大率， 并比較實(shí)驗(yàn)值與理論值，計(jì)算相對(duì)偏差。實(shí)用文檔=2.799mm , E 字高 y= 12.70mm ,實(shí)當(dāng)值 4.537,理論值 rT = fo'/ fe'= 4.917 。實(shí)驗(yàn)值與理論值相對(duì)偏差=_7.728%_q實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)為3 0=1.000 計(jì)算。理論推導(dǎo)：考慮3 0=0.925 。1 ,51 /C C C “ C C、c CCy = 、 yi = (2.776 2.864 2.758) mm =2.799mm5 i43，=0.925-T1

12、2.702.799/0.925= 4.197fc 15 44理論值：T°_ = 1544 =4.917fe 3.14實(shí)驗(yàn)一T理論E =T 100%T理論4.917-4.1974.917100% -9.6%3、望遠(yuǎn)鏡物像共面時(shí)的視放大率原始數(shù)據(jù)如下：測(cè)量序號(hào)123物格數(shù)m111像格數(shù)n8.27.88.3r8.27.88.31視放大率.=1 (8.2 7.8 8.3) =8.1 3理論的推導(dǎo)：（光路圖如下）實(shí)用文檔計(jì)算：由幾何關(guān)系得到L+fe1 寸A+f。' f。'，-7 7feyf0 L1Li-f。(A為y'與L。的距離)故 r理論 y-y-y= L-fey y

13、 y fef。艮(l4)不一(Li-fo)即理論fl « 工）f7（Li -f。）foYL+fe）15.44" （14。.5。-55.。）+3.14】 °”1 理論 =8.79f；（L1_f。）3.14 x （6515.44）實(shí)驗(yàn)值與理論值相對(duì)偏差_T實(shí)驗(yàn)T理論 ，8.1。-8.79E = 1。 ;1。 =7.8%t理論8.793、顯微鏡實(shí)驗(yàn)(1)利用所提供條件及物鏡目鏡焦距設(shè)計(jì)、計(jì)算物鏡與目鏡間距l(xiāng)物鏡編號(hào) 11, fo ' = 4.83 cm ,目鏡編號(hào) 。4, fe ' = 3.14 cmqo的推導(dǎo):M十十號(hào)qo=七 fo'=16.9

14、6cmPe的推導(dǎo)：y''D - fe'fe'（DTe '）y1七,Pe,.ffe - =2.74cme D則 l=q o+pe=19.7。cm(2)物桿位置 112.55 cm 物鏡位置 Lo= 12。.。cm ,目鏡 Le= 139.7。cm ,實(shí)用文檔半透半反鏡位置=145.80 cm ,則半透半反鏡與目鏡間距s= 6.10cm ,目鏡與物的距離l '' =D-fe ' = 21.86 cm ,則標(biāo)尺位置 X=s+l ' ' = 27.69 cm=0.2mm,t=1.0mm測(cè)量序號(hào)123比照標(biāo)尺格數(shù)m81215

15、帶小燈的標(biāo)尺格數(shù)n234r M=mt/n t202019Fm =19.7 ,測(cè)量值與理論值相對(duì)偏差 =1.5%誤差分析本實(shí)驗(yàn)中可能造成誤差的原因有：(1)讀數(shù)時(shí)的誤差。由于光學(xué)實(shí)驗(yàn)容易使眼睛產(chǎn)生疲勞，而且比如測(cè)物像共面的視放大率時(shí)需要兩眼分 別觀察望遠(yuǎn)鏡內(nèi)、外，讀數(shù)比較困難，因此讀數(shù)誤差應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)中的主要誤差。(2)儀器誤差。比如標(biāo)尺的分度值是0.5cm,限制了讀數(shù)的準(zhǔn)確性。(3)利用計(jì)算近似結(jié)果組裝顯微鏡會(huì)造成誤差。(4)目鏡的共軸調(diào)節(jié)只采取了粗調(diào)會(huì)造成誤差。【思考題解答】1、用同一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)不同距離的物體時(shí)，其視放大率是否改變？fn答：由刖面分析可知，對(duì)于無焦系統(tǒng)rT = 改變物距，視放

16、大率不變。物像共面時(shí)的視放大率,fe物距增大，視放大率減??；物距減小，視放大率增大。這從前面相應(yīng)光路圖中也能看出。2、本實(shí)驗(yàn)中使用的測(cè)量顯微鏡物鏡的線放大率為1.000倍，目鏡的視放大率約為 10倍，用它測(cè)量像高y的大小時(shí)，為什么顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)不用考慮?實(shí)用文檔答：因?yàn)橐暦糯箸R內(nèi)的主尺也被放大了同的倍數(shù)，即通過該目鏡測(cè)得的y”的刻度與實(shí)際測(cè)得的 y"刻度數(shù)（實(shí)際標(biāo)尺）相同，故微鏡目鏡的放大倍數(shù)不用考慮。3、如何利用平行光管將望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦到無窮遠(yuǎn)，使物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)重合（假定目鏡、物 鏡的焦距未知或欠準(zhǔn)）？答：先將平行光管置于物鏡 Lo左側(cè)，Lo右側(cè)放一接收屏 巳調(diào)節(jié)

17、P的位置，使其上出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，記下FP位置，該處即為Fo 。固定接受屏P,在P右側(cè)放置目鏡Le, Le右側(cè)放置平行光管，調(diào)節(jié) Le位置，使PF上出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，則此時(shí) F0和Fe重合，即Lo和Le組成無焦系統(tǒng)。4、望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡結(jié)構(gòu)和使用上有哪些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？答：結(jié)構(gòu)上：相同點(diǎn)：顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡都是用凸透鏡做目鏡。（顯微鏡和開普勒望遠(yuǎn)鏡都是用凸透鏡做物鏡。）顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的物鏡都成實(shí)像 y , y .相對(duì)目鏡的距離小于目鏡的焦距，經(jīng)目鏡成正立放大的虛像。不同點(diǎn)：顯微鏡物鏡的焦距很短，目鏡焦距要比物鏡焦距稍長，兩鏡間距離可調(diào)節(jié)，望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距 較長，目鏡焦距較短。顯微鏡物距大于物鏡焦距并小于物鏡二

18、倍焦距，物經(jīng)物鏡成一個(gè)倒立放大的實(shí)像； 望遠(yuǎn)鏡物鏡的后焦點(diǎn)與目鏡的前焦點(diǎn)重合，物距大于物鏡二倍焦距，物經(jīng)物鏡在物鏡焦點(diǎn)附近成一個(gè)倒立 縮小的實(shí)像。另外，有的望遠(yuǎn)鏡（如伽利略望遠(yuǎn)鏡）物鏡是凹透鏡，有的望遠(yuǎn)鏡（如牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡） 物鏡是凹鏡，而顯微鏡物鏡都是凸透鏡。使用上：相同點(diǎn)：顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡都可以增大觀察者的視角。不同點(diǎn)：顯微鏡用來觀察近處看不清的細(xì)微物體或物體的細(xì)微部分，望遠(yuǎn)鏡用來觀察遠(yuǎn)處看不清的大 物體?！究偨Y(jié)與反思】1、因?yàn)榇舜螌?shí)驗(yàn)前做了充分的預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理有了正確的理解，所需計(jì)算的參數(shù)公式也提前推導(dǎo)出,不占用實(shí)驗(yàn)的時(shí)間推導(dǎo)公式，因而提高了實(shí)驗(yàn)的效率，確保實(shí)驗(yàn)?zāi)墚?dāng)堂完成。所以說實(shí)驗(yàn)

19、前的充分預(yù)習(xí)是 十分必要的2、這次實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)極其需要耐心，讀數(shù)極其需要細(xì)心。實(shí)驗(yàn)過程培養(yǎng)了動(dòng)手能力和認(rèn)真的態(tài)度。今天 做的實(shí)驗(yàn)對(duì)眼睛的要求也是很高的，在實(shí)驗(yàn)技巧性上比起其它實(shí)驗(yàn)也要強(qiáng)，做起來比較辛苦，所用的時(shí)間 也比較長，需要一定程度的熟練使用光學(xué)儀器才能提高實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)效率。實(shí)用文檔3、實(shí)驗(yàn)中需要自己推到一些公式，鍛煉了分析問題解決問題的能力。而且，本實(shí)驗(yàn)中具有自己設(shè)計(jì)儀器 并加以驗(yàn)證的環(huán)節(jié)，具有探索性，十分有趣，也啟發(fā)我們進(jìn)行了分析和思考，收獲很大。最后，謝謝老師的悉心指導(dǎo)，幫助我們順利完成了本學(xué)期最后一次大物實(shí)驗(yàn)！【原始數(shù)據(jù)記錄表格】1、標(biāo)定測(cè)量顯微鏡：用綠色刻尺(每格 0.20mm)作為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定測(cè)量顯微鏡，測(cè)量顯微鏡編號(hào) 標(biāo)準(zhǔn)物y= mm (10格)，像y' =,顯微鏡物鏡放大率3 o= 2、望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)物鏡編號(hào) ,物