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?）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)基本的望遠(yuǎn)系統(tǒng)是由物鏡和目鏡組成的無(wú)焦系統(tǒng)，物鏡Lo的像方焦點(diǎn)F。與目鏡Le的物方焦點(diǎn)Fe重合，如圖所示。無(wú)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(wú)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)聚透鏡，這種望遠(yuǎn)鏡稱為開(kāi)普

2、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(kāi)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(wú)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(jiàn)并與分劃板叉絲無(wú)視差。2.望遠(yuǎn)鏡的視放大率視放大率r

3、定義為目視光學(xué)儀器所成的像對(duì)人眼的張角 為3）的正切之比，即：因此，望遠(yuǎn)鏡的視放大率T為T(mén)=f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(wú)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：fofoy因此無(wú)焦系統(tǒng)的視放大率可測(cè)出。（記為3的正切與物體直接對(duì)人眼的張角（記對(duì)圖示望遠(yuǎn)鏡，有:tan tantanyo，tany y fefe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),望遠(yuǎn)鏡的視放大率可以通過(guò)移動(dòng)目鏡把像y推遠(yuǎn)到與物y在一個(gè)平面上來(lái)測(cè)量。如圖所示:其中，L為遠(yuǎn)處物體到目鏡的距離。于是可以得出望遠(yuǎn)

4、鏡物像共面時(shí)的視放大率為:T匸y根據(jù)幾何關(guān)系還可以推出：fo (Lfe)Tfe (Lif。)雖然此時(shí)的放大率與物、像都在無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)的視放大率不完全相同，但當(dāng)物距Li大于20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)物鏡后先成此時(shí):tanf, tan測(cè)望遠(yuǎn)鏡物象共面時(shí)的視放大率一放大的實(shí)像，此實(shí)像再經(jīng)目鏡成像于無(wú)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。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

5、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(wú)窮遠(yuǎn)而是在明視距離處。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(jiàn)并與 分劃板叉絲的像無(wú)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D=250mm處時(shí)直接對(duì)人眼的張角的正切之比。通過(guò)三角關(guān)系得：y/feDyDMey/Dfeyfe fo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

6、 的位置上，且眼睛位于目鏡后焦點(diǎn)處觀察時(shí)（如圖），顯微鏡的視放大率式中y/ y/ f。為物鏡的線放大率,eD/ fe為目鏡的視放大率。為:y”/(l” fe)y/Dy/(l fe) yDyy/D yfeye，但是中間像并不在目鏡的物方焦平面上,y/y/ fo。此時(shí)視放大率的測(cè)量可以通過(guò)一個(gè)與主光軸成45的半透半反鏡把一帶小燈的標(biāo)尺成【實(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(wú)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

7、平行。記錄標(biāo)尺平面（物）的位置時(shí)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(guò)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(méi)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

8、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I（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I q。pe。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(guò)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)與顯微鏡設(shè)計(jì)的成像面重合，計(jì)算出x的值。使通過(guò)P同時(shí)看到的毫

9、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I!【實(shí)驗(yàn)器具】望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)： 物鏡i件， 目鏡i件， 測(cè)量顯微鏡 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 米標(biāo)尺1件，木尺1把，導(dǎo)軌1臺(tái)，滑塊若干。1件 （物鏡線放大率為1.000） ，毫米標(biāo)尺的m分格等大，則：其中：t為毫米標(biāo)尺的分格值(t=1.0mm),T為玻璃標(biāo)尺的分格值(T=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。1d1t0iIA | /L Jf !J.uM11 1測(cè)顯微鏡視放大率的

10、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I.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:又由成像公式知:qxyfeD111foxqo聯(lián)立上述兩式可得:II .對(duì)pe:由MDfe yq。丄知:foyfeyfofe由幾何相似關(guān)系可知:ly D又由成像公式:1 1fepe1l7聯(lián)立上述兩式可得:(2)x的推導(dǎo):Pefefe2D如圖，x的大小等于半透半反鏡到像的距離，x l s, 其中y Df 2l pef；(fe曙-)D fe，由此可得：X Dfe S【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

11、鏡編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)物y=_ mm像y =_ mm顯微鏡物鏡放大率Be=2.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(guò)測(cè)無(wú)焦系統(tǒng)橫向視放大率來(lái)測(cè)望遠(yuǎn)鏡視放大率物屏位置 _cm物鏡位置Lo=_cm目鏡位置Le=_cm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-d1(mm).I!Ty= _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LO=_ cm目鏡位置Le=_cm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r理論=_實(shí)驗(yàn)值與理論值相對(duì)偏差

12、= _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 _cm1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I qope =cm2實(shí)測(cè)顯微鏡放大率物支桿位置_cm物距物支桿距離 _mm物鏡位置LO=_ cm目鏡位置Le=cm半透半反鏡位置P=_cm帶小燈標(biāo)尺距半透半反鏡位置綠色刻尺分度T=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

13、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(wú)焦系統(tǒng)和物像共fofo (L fe)面時(shí)的視放大率，無(wú)焦系統(tǒng)的視放大率T=，而物像共面時(shí)的視放大率為，兩者不fefe(Llfo)同，但是當(dāng)物距Li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(lái)測(cè)量無(wú)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(guò)測(cè)量顯微鏡觀察像時(shí)，像的大小和不通過(guò)顯微鏡而直接觀察是一樣的，并沒(méi)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，所以不必考慮其視放大作用。3.望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的結(jié)構(gòu)和使用上由哪些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)? 答：如表格所示：結(jié)構(gòu)使用相同點(diǎn)不同點(diǎn)相