望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡實(shí)驗(yàn)報(bào)告.

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)名稱】望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?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）了解視放大率等概念并掌握其測(cè)量方法；（ 3）進(jìn)一步熟悉透鏡成像規(guī)律?！緦?shí)驗(yàn)原理】（一）望遠(yuǎn)鏡1望遠(yuǎn)鏡基本光學(xué)系統(tǒng)L 的像方焦點(diǎn) F'與目鏡 L的物方焦點(diǎn) F基本的望遠(yuǎn)系統(tǒng)是由物鏡和目鏡組成的無焦系統(tǒng)，物鏡o重0ee合，如圖所示。 無窮遠(yuǎn)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 （短焦距）將此實(shí)像成像于無窮遠(yuǎn)處，使視角增大，利于人眼觀察。為了利于對(duì)遠(yuǎn)處物體的觀測(cè)，望遠(yuǎn)鏡物鏡的焦距一般較長(zhǎng)。1.望遠(yuǎn)鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)圖示望遠(yuǎn)鏡，物鏡與目鏡均為會(huì)

2、聚透鏡，這種望遠(yuǎn)鏡稱為開普勒望遠(yuǎn)鏡，其優(yōu)點(diǎn)是可在物鏡與目鏡之間的中間像平面上安裝分劃板（其上有叉絲和刻尺）以供瞄準(zhǔn)或測(cè)量。實(shí)驗(yàn)裝置中用到的望遠(yuǎn)鏡（如分光計(jì)上的望遠(yuǎn)鏡，光杠桿系統(tǒng)中的望遠(yuǎn)鏡等）均為開普勒望遠(yuǎn)鏡，在中間像平面上裝有分劃板。實(shí)際上，為方便人眼觀察，物體經(jīng)望遠(yuǎn)鏡后一般不是成像于無窮遠(yuǎn)，而是成虛像于人眼明視距離處；而且為實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)近不同物體的觀察，物鏡與目鏡的間距即鏡筒長(zhǎng)度可調(diào)，物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)可能會(huì)不重合。使用望遠(yuǎn)鏡時(shí)，觀察者應(yīng)先調(diào)目鏡看清分劃板，使分劃板成像于人眼明視距離處，再調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡鏡筒長(zhǎng)度，即改變物鏡、目鏡間距，使被觀察物清晰可見并與分劃板叉絲無視差。2.望遠(yuǎn)鏡的視

3、放大率視放大率 定義為目視光學(xué)儀器所成的像對(duì)人眼的張角為 ）的正切之比，即：（記為 ）的正切與物體直接對(duì)人眼的張角（記tan'tan對(duì)圖示望遠(yuǎn)鏡，有：tany'y 'y ',tan'fe 'fofe因此，望遠(yuǎn)鏡的視放大率T 為T= fo'fe'其中，fe 、 fe ' 分別是 Le 的物方焦距、像方焦距，fe fe ' 。實(shí)際測(cè)量望遠(yuǎn)鏡無焦系統(tǒng)的視放大率時(shí)，可以利用圖示光路。用儀器測(cè)出像高y '' ，從三角關(guān)系可得出：fo 'fo 'yTfe 'fey ''因

4、此無焦系統(tǒng)的視放大率可測(cè)出。測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的視放大率圖3.物像共面時(shí)的視放大率當(dāng)望遠(yuǎn)鏡的被觀察物位于有限遠(yuǎn)時(shí)，平面上來測(cè)量。如圖所示：望遠(yuǎn)鏡的視放大率可以通過移動(dòng)目鏡把像y ''推遠(yuǎn)到與物y 在一個(gè)測(cè)望遠(yuǎn)鏡物象共面時(shí)的視放大率此時(shí)：tan'y ''，tan yLL其中， L 為遠(yuǎn)處物體到目鏡的距離。于是可以得出望遠(yuǎn)鏡物像共面時(shí)的視放大率為：y ''Ty根據(jù)幾何關(guān)系還可以推出：fo ' ( Lfe ')Tf 0 ')fe ' (L1雖然此時(shí)的放大率與物、像都在無窮遠(yuǎn)時(shí)的視放大率不完全相同，但當(dāng)物距L1 大于 20

5、 倍物鏡焦距時(shí)，兩者的差別就不太明顯了。（二）顯微鏡1. 顯微鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)顯微鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)如圖所示，它的物鏡和目鏡都是會(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)物鏡后先成一放大的實(shí)像，此實(shí)像再經(jīng)目鏡成像于無窮遠(yuǎn)處，這兩次放大都使得視角增大。為了適于觀察近處物體，顯微鏡物鏡的焦距很短。顯微鏡物鏡Lo 的像方焦點(diǎn)F 0 ' 與目鏡 Le 的物方焦點(diǎn)Fe 之間的距離成為顯微鏡的光學(xué)間隔，放大倍數(shù)一定時(shí)，光學(xué)間隔、鏡筒長(zhǎng)度也固定不變。常用顯微鏡如工具顯微鏡、讀數(shù)顯微鏡等物鏡與目鏡之間像平面上也安裝有分劃板利于瞄準(zhǔn)或測(cè)量。顯微鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)實(shí)際上，顯微鏡所成的像同樣不是在無窮遠(yuǎn)而是

6、在明視距離處。使用時(shí)要先進(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)整顯微鏡與被觀察物之間的距離（稱為調(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)人眼的張角的正切與物在明視距離正切之比。通過三角關(guān)系得：D250mm 處時(shí)直接對(duì)人眼的張角的y '/ fe 'Dy 'DMfe ' yey / Dfe ' fo '式中y '/ y/ fo ' 為物鏡的線放大率，eD / fe '為目鏡的視放大率。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l ''

7、; 的位置上， 且眼睛位于目鏡后焦點(diǎn)處觀察時(shí)（如圖），顯微鏡的視放大率為：y ''/(l '' fe ')y ''/(l ''fe ') y 'Dy 'My '/ Dye ，但是中間像并不在目鏡的物方焦平面上，y / Dfe ' yo的半透半反鏡把一帶小燈的標(biāo)尺成oy '/ y/ fo '。此時(shí)視放大率的測(cè)量可以通過一個(gè)與主光軸成45虛像至顯微鏡的像平面，直接比較測(cè)量像長(zhǎng)y '' ，即可得出視放大率y ''My【實(shí)驗(yàn)器具】望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)：物

8、鏡1 件，目鏡1 件，測(cè)量顯微鏡1 件（物鏡線放大率為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），帶小燈的毫米標(biāo)尺 1 件，木尺1 把，導(dǎo)軌1 臺(tái)，滑塊若干?！緦?shí)驗(yàn)任務(wù)】1.望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：自己組裝望遠(yuǎn)鏡，并測(cè)量望遠(yuǎn)鏡無焦系統(tǒng)的視放大率，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。實(shí)驗(yàn)中用日光燈照亮豎直標(biāo)尺作為望遠(yuǎn)鏡的“物”，并做共軸調(diào)節(jié)，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。 記錄標(biāo)尺平面 （物）的位置時(shí)

9、注意滑塊刻線 （表示支架中心的位置）與標(biāo)尺平面不共面。測(cè)量物鏡與目鏡焦點(diǎn)重合的望遠(yuǎn)鏡的視放大率。使透鏡間距為fo 'fe ' ，用測(cè)量顯微鏡測(cè)出豎直標(biāo)尺上3 小格（即15.0mm）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y '' ，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。測(cè)物像共面時(shí)的視放大率 ，先取物距 L1 65.00cm。移動(dòng)目鏡，使從目鏡中能看到豎直標(biāo)尺的像。接著用一只眼睛從望遠(yuǎn)鏡外直接觀察豎直標(biāo)尺，另一只眼睛通過望遠(yuǎn)鏡看標(biāo)尺像，一邊輕輕晃動(dòng)眼睛，一邊緩慢移動(dòng)目鏡位置，使標(biāo)尺與其像之間基本沒有視差。測(cè)出與標(biāo)尺像上

10、 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)值與近似值，計(jì)算相對(duì)偏差。2. 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 250mm處、視放大率為20 倍的顯微鏡，并世紀(jì)測(cè)量該顯微鏡的視放大率。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先里哦女冠所提條件及提供的物鏡目鏡焦距設(shè)計(jì)計(jì)算物鏡與目鏡間距l(xiāng) （如圖所示），可以分別利用三角相似關(guān)系、放大率的要求等求出中間像y距物鏡、 目鏡的間距qo 、 pe ，即可得出 lqope 。實(shí)驗(yàn)時(shí)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)量視放大率裝配儀器時(shí)毫米標(biāo)尺AB 所成的像應(yīng)與

11、顯微鏡設(shè)計(jì)的成像面重合，計(jì)算出 x 的值。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。若綠色玻璃標(biāo)尺上n 格與毫米標(biāo)尺的m分格等大，則：y ''mtyn其中： t 為毫米標(biāo)尺的分格值（ t 1.0mm）， 為玻璃標(biāo)尺的分格值（ 0.20mm）。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。測(cè)顯微鏡視放大率的儀器裝配圖【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理】（ 1） qo ， pe 的推導(dǎo)：顯微鏡成像于有限遠(yuǎn)時(shí)的光路圖 . 對(duì) qo ：如圖所示，設(shè)實(shí)物 y 與鏡 Lo 之間的距離為 x，則由相似關(guān)系：qoy 'fe'xyD又由成像公式知：111o'x

12、qfo聯(lián)立上述兩式可得：qoofo' fe'MfD . 對(duì) pe ：由 MD y' ， My '' 知： y 'f e 'fe ' yyy ''D由幾何相似關(guān)系可知：pey 'fe 'l '' y '' D又由成像公式：111fe 'pel ''聯(lián)立上述兩式可得：pefe'fe '2D（ 2） x 的推導(dǎo)：如圖，x的大小等于半透半反鏡到像的距離，xl ''s，其中l(wèi) ' 'y''D

13、f (fe 2'D ) f'x D f ' sp'y 'efe 'eDe ，由此可得：e【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】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 ymm像 ymm顯微鏡物鏡放大率 e2. 望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)物鏡編號(hào)物鏡焦距 fo ' cm目鏡編號(hào)目鏡焦距 fe ' =cm E字高通過測(cè)無焦系統(tǒng)橫向視放大率來測(cè)望遠(yuǎn)鏡視放大率物屏位置cm物鏡位置 L0cm目鏡位置 Lecm測(cè)量序號(hào)12345E 字上端線位置 d1(mm)E 字下端線位置 d2(mm)E 字像高 y '' =d2

14、-d1(mm)y ''cmT T 理論值T fo '/ fe '實(shí)驗(yàn)值與理論值相對(duì)偏差望遠(yuǎn)鏡物像共面的視放大率物屏位置cm物鏡位置LOcm目鏡位置Lecm測(cè)量序號(hào)123物高 /cm像對(duì)應(yīng)標(biāo)尺數(shù)/cm視放大率 理論實(shí)驗(yàn)值與理論值相對(duì)偏差3.顯微鏡實(shí)驗(yàn)：物鏡編號(hào)7物鏡焦距fo 'cm目鏡編號(hào)目鏡焦距fe 'cm設(shè)計(jì)觀察點(diǎn)位于目鏡后焦點(diǎn)成像于明視距離處放大率為20 倍的顯微鏡時(shí)所用公式及計(jì)算結(jié)果：中間像 y距物鏡的間距中間像 y距目鏡的間距l(xiāng)qopecm實(shí)測(cè)顯微鏡放大率物支桿位置cm半透半反鏡位置P物距物支桿距離mm物鏡位置cm帶小燈標(biāo)尺距半透半反鏡位

15、置LO=cm目鏡位置Lecm綠色刻尺分度 0.20mm,帶小燈的標(biāo)尺分度t=1.0mm測(cè)量序號(hào)123所觀察物的格數(shù)m像對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺格數(shù)n視放大率MM 實(shí)驗(yàn)值與理論值的相對(duì)偏差【思考題】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？答：用同一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)不同距離物體時(shí)，視放大率是不同的，明顯的例子如測(cè)量無焦系統(tǒng)和物像共面時(shí)的視放大率，無焦系統(tǒng)的視放大率T =fo'fo ' ( Lfe ')，兩者不，而物像共面時(shí)的視放大率為fe ' (L1fo ')fe '同，但是當(dāng)物距L1 大于 20 倍物鏡焦距時(shí)，兩者差別就不明顯了。2.本實(shí)驗(yàn)中使用的測(cè)量顯微鏡的線放大率為1.000 倍，目鏡的視放大率約為10 倍。當(dāng)用它來測(cè)量無焦系統(tǒng)中像高y '' 的大小時(shí)，為什么顯微鏡目鏡的放大作用不用考慮？答：因?yàn)槠渚€放大率為1.000 倍，即通過測(cè)量顯微鏡觀察像時(shí)，像的大小和不通過顯微鏡而直接觀察是一樣的，并沒有被放大或者縮小，當(dāng)觀察y '' 時(shí)我們需要的是其像的高而非視放大作用，所以不