望遠鏡和顯微鏡實驗報告.

1、大學(xué)物理實驗報告【實驗名稱】望遠鏡和顯微鏡【實驗?zāi)康摹浚?1）了解望遠鏡和顯微鏡的構(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量方法；（ 3）進一步熟悉透鏡成像規(guī)律?！緦嶒炘怼浚ㄒ唬┩h鏡1望遠鏡基本光學(xué)系統(tǒng)L 的像方焦點 F'與目鏡 L的物方焦點 F基本的望遠系統(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像，再利用目鏡 （短焦距）將此實像成像于無窮遠處，使視角增大，利于人眼觀察。為了利于對遠處物體的觀測，望遠鏡物鏡的焦距一般較長。1.望遠鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)圖示望遠鏡，物鏡與目鏡均為會

2、聚透鏡，這種望遠鏡稱為開普勒望遠鏡，其優(yōu)點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）以供瞄準或測量。實驗裝置中用到的望遠鏡（如分光計上的望遠鏡，光杠桿系統(tǒng)中的望遠鏡等）均為開普勒望遠鏡，在中間像平面上裝有分劃板。實際上，為方便人眼觀察，物體經(jīng)望遠鏡后一般不是成像于無窮遠，而是成虛像于人眼明視距離處；而且為實現(xiàn)對遠近不同物體的觀察，物鏡與目鏡的間距即鏡筒長度可調(diào)，物鏡的像方焦點與目鏡的物方焦點可能會不重合。使用望遠鏡時，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)望遠鏡鏡筒長度，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)儀器所成的像對人眼的張角為 ）的正切之比，即：（記為 ）的正切與物體直接對人眼的張角（記tan'tan對圖示望遠鏡，有：tany'y 'y ',tan'fe 'fofe因此，望遠鏡的視放大率T 為T= fo'fe'其中，fe 、 fe ' 分別是 Le 的物方焦距、像方焦距，fe fe ' 。實際測量望遠鏡無焦系統(tǒng)的視放大率時，可以利用圖示光路。用儀器測出像高y '' ，從三角關(guān)系可得出：fo 'fo 'yTfe 'fey ''因

4、此無焦系統(tǒng)的視放大率可測出。測量望遠鏡的視放大率圖3.物像共面時的視放大率當(dāng)望遠鏡的被觀察物位于有限遠時，平面上來測量。如圖所示：望遠鏡的視放大率可以通過移動目鏡把像y ''推遠到與物y 在一個測望遠鏡物象共面時的視放大率此時：tan'y ''，tan yLL其中， L 為遠處物體到目鏡的距離。于是可以得出望遠鏡物像共面時的視放大率為：y ''Ty根據(jù)幾何關(guān)系還可以推出：fo ' ( Lfe ')Tf 0 ')fe ' (L1雖然此時的放大率與物、像都在無窮遠時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，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聚透鏡，位于物鏡物方焦點外側(cè)附近的微小物體經(jīng)物鏡后先成一放大的實像，此實像再經(jīng)目鏡成像于無窮遠處，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F 0 ' 與目鏡 Le 的物方焦點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，光學(xué)間隔、鏡筒長度也固定不變。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或測量。顯微鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)實際上，顯微鏡所成的像同樣不是在無窮遠而是

6、在明視距離處。使用時要先進行視度調(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 處時直接對人眼的張角的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時的光路圖當(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處觀察時（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尺成oy '/ y/ fo '。此時視放大率的測量可以通過一個與主光軸成45虛像至顯微鏡的像平面，直接比較測量像長y '' ，即可得出視放大率y ''My【實驗器具】望遠鏡實驗：物

8、鏡1 件，目鏡1 件，測量顯微鏡1 件（物鏡線放大率為1.000 ），豎直標尺1 件（分格值 5.0mm），導(dǎo)軌 1 臺，滑塊若干，像屏1 件。顯微鏡實驗：物鏡1 件，目鏡1 件，半透半反鏡1 件，玻璃標尺1 件（分格值0.20mm），帶小燈的毫米標尺 1 件，木尺1 把，導(dǎo)軌1 臺，滑塊若干?！緦嶒炄蝿?wù)】1.望遠鏡實驗實驗內(nèi)容：自己組裝望遠鏡，并測量望遠鏡無焦系統(tǒng)的視放大率，測量物距為離望遠鏡物鏡65.00cm且物像共面時的視放大率。實驗中用日光燈照亮豎直標尺作為望遠鏡的“物”，并做共軸調(diào)節(jié)，使物標尺上的十字交點與透鏡Lo、Le 共軸，且該軸與光具座的導(dǎo)軌平行。 記錄標尺平面 （物）的位置時

9、注意滑塊刻線 （表示支架中心的位置）與標尺平面不共面。測量物鏡與目鏡焦點重合的望遠鏡的視放大率。使透鏡間距為fo 'fe ' ，用測量顯微鏡測出豎直標尺上3 小格（即15.0mm）經(jīng)望遠鏡后所成像的大小y '' ，重復(fù)測量三次取平均值y '' ，計算出視放大率，并比較實驗值與理論值，計算相對偏差。測物像共面時的視放大率 ，先取物距 L1 65.00cm。移動目鏡，使從目鏡中能看到豎直標尺的像。接著用一只眼睛從望遠鏡外直接觀察豎直標尺，另一只眼睛通過望遠鏡看標尺像，一邊輕輕晃動眼睛，一邊緩慢移動目鏡位置，使標尺與其像之間基本沒有視差。測出與標尺像上

10、 n 格所對應(yīng)的標尺上的 m格，最后求出視放大率的平均值，并比較實驗值與近似值，計算相對偏差。2. 顯微鏡實驗自己設(shè)計組裝一臺觀察點位于目鏡后焦點、成像于人眼明視距離D 250mm處、視放大率為20 倍的顯微鏡，并世紀測量該顯微鏡的視放大率。實驗前應(yīng)先里哦女冠所提條件及提供的物鏡目鏡焦距設(shè)計計算物鏡與目鏡間距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 。實驗時按計算值在光具座上安裝好一臺顯微鏡，以綠色帶小燈的玻璃標尺作物，調(diào)節(jié)物距，通過目鏡看清楚此綠色標尺的像。測量視放大率裝配儀器時毫米標尺AB 所成的像應(yīng)與

11、顯微鏡設(shè)計的成像面重合，計算出 x 的值。使通過P 同時看到的毫米標尺AB 的像和玻璃標尺像間消視差。若綠色玻璃標尺上n 格與毫米標尺的m分格等大，則：y ''mtyn其中： t 為毫米標尺的分格值（ t 1.0mm）， 為玻璃標尺的分格值（ 0.20mm）。共需測量三次，求平均視放大率，并與設(shè)計值比較，計算相對偏差。測顯微鏡視放大率的儀器裝配圖【實驗數(shù)據(jù)處理】（ 1） qo ， pe 的推導(dǎo)：顯微鏡成像于有限遠時的光路圖 . 對 qo ：如圖所示，設(shè)實物 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 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【實驗數(shù)據(jù)】1. 標定測量顯微鏡用綠色刻尺（每格0.20mm）作為標準標定測量顯微鏡：測量顯微鏡編號標準物 ymm像 ymm顯微鏡物鏡放大率 e2. 望遠鏡實驗物鏡編號物鏡焦距 fo ' cm目鏡編號目鏡焦距 fe ' =cm E字高通過測無焦系統(tǒng)橫向視放大率來測望遠鏡視放大率物屏位置cm物鏡位置 L0cm目鏡位置 Lecm測量序號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 '實驗值與理論值相對偏差望遠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測量序號123物高 /cm像對應(yīng)標尺數(shù)/cm視放大率 理論實驗值與理論值相對偏差3.顯微鏡實驗：物鏡編號7物鏡焦距fo 'cm目鏡編號目鏡焦距fe 'cm設(shè)計觀察點位于目鏡后焦點成像于明視距離處放大率為20 倍的顯微鏡時所用公式及計算結(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實測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,帶小燈的標尺分度t=1.0mm測量序號123所觀察物的格數(shù)m像對應(yīng)的標尺格數(shù)n視放大率MM 實驗值與理論值的相對偏差【思考題】1. 用同一臺望遠鏡觀測不同距離的物體時，其視放大率是否改變？答：用同一臺望遠鏡觀測不同距離物體時，視放大率是不同的，明顯的例子如測量無焦系統(tǒng)和物像共面時的視放大率，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，兩者差別就不明顯了。2.本實驗中使用的測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)用它來測量無焦系統(tǒng)中像高y '' 的大小時，為什么顯微鏡目鏡的放大作用不用考慮？答：因為其線放大率為1.000 倍，即通過測量顯微鏡觀察像時，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 '' 時我們需要的是其像的高而非視放大作用，所以不