望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、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量方法；(3)進(jìn)一步熟悉透鏡成像規(guī)律。【實(shí)驗(yàn)原理】-、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)儀器所成的像對人眼的張角為3；物體直接對人眼

2、的張角為 3,則視放大率:由幾何光路可知:tan fo因此，望遠(yuǎn)鏡的視放大率:tantantanyfefT實(shí)際測量望遠(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y較近時(shí)，即物距:Lifo1fo fe時(shí)，物鏡所成的像會(huì)位于 Oe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:3、物像共面時(shí)的視放大率。fo 電 feyy圖2 測望遠(yuǎn)鏡的視放大率圖當(dāng)望遠(yuǎn)鏡的被觀測物位于有限遠(yuǎn)時(shí), 平面上來測量。如圖三。此時(shí)：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)tan1, tan于是可以得到望遠(yuǎn)鏡物像共面時(shí)的視放大率:yfo Lfefe Lifo可見，當(dāng)物距Li大于

3、2。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?，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。圖3測望遠(yuǎn)鏡物象共面時(shí)的視放大率、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。D=250 mm處時(shí)直接對人眼的張角的正2、顯微鏡的視放大率。顯微鏡的視放大率定義為

4、像對人眼的張角的正切和物在明視距離 切之比。于是由三角關(guān)系得:y fe _Dy2Dy Dfeyfefo其中，0 y/y /f。為物鏡的線放大率, e D/ fe為目鏡的視放大率。從上式可看出，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。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l 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y lfeyTD率為：y l fe yDyy Dyfey中間像并不在目鏡的物方焦平面上，0 y/y/ f0。這時(shí)視放大率的測量可通過一個(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，直接比較測量像長y

5、,即可得出視放大率：3、測量顯微鏡它由線放大率 由為固定值的物鏡和測微目鏡組成。使用時(shí)調(diào)整測量顯微鏡位置使得成像在叉絲平面上，則像的實(shí)際大小為測微目鏡測量值除以也?！緦?shí)驗(yàn)儀器】望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)：物鏡1件，目鏡1件，測量顯微鏡1件（物鏡線放大率0 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?！緦?shí)驗(yàn)任務(wù)】65.00cm且物像共面時(shí)的視放大率。一、望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)自己組裝望遠(yuǎn)鏡。并測量其視放大率。測量物距為離望遠(yuǎn)鏡物鏡實(shí)驗(yàn)中用日光燈照亮豎直標(biāo)尺

6、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LeLo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Le, Lo焦點(diǎn)重合時(shí)的視放大率。透鏡間距=fo fe,用測量顯微鏡測出豎直標(biāo)尺上3小格(15.0mm)經(jīng)望遠(yuǎn)鏡所成像的大小 y 。重復(fù)測量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)算相對偏差。(2)測量物距為離望遠(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)目鏡位置，使標(biāo)尺與其像之間基本沒有視差。測出與標(biāo)尺像上n格所對應(yīng)的標(biāo)尺上的m格，最

7、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=250mm處、視放大率為20倍的顯微鏡。并實(shí)際測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。測量視放大率時(shí)可參照圖6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2色玻璃標(biāo)尺上n格與毫米標(biāo)尺的m分格等大，則：y mtTy n其中t為毫米標(biāo)尺的分格值

8、，t=1.0mm, 為玻璃標(biāo)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(jì)值比較，計(jì)算相對偏差。圖6測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)定測量顯微鏡：用綠色刻尺（每格 0.20mm）作為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定測量顯微鏡，測量顯微鏡編號13標(biāo)準(zhǔn)物y= 2 mm （10格），像y = 1.85mm ,顯微鏡物鏡放大率由=0.9252、望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)物鏡編號10 ,物鏡焦距f。，= 15.44cm ,目鏡編號 04 ,目鏡焦距fe = 3.14cm物屏位置 55.00cm,物鏡位置Lo= 120.00cm,目鏡位置Le= 140.50cm,測量顯微鏡位置=149.55cm 。測

9、量序號123E字上端線位置d1（mm）5.3205.4145.344E字下端線位置d2（mm）2.5442.5502.586像高 y =(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L。、Le共軸,且該軸與光具座的導(dǎo)軌平行。通過測無焦系統(tǒng)的橫向放大率來測望遠(yuǎn)鏡的放大率（L1=65cm）使透鏡間距為 f。 +fe用測量顯微鏡測出豎直標(biāo)尺上 “今高經(jīng)望遠(yuǎn)鏡后所成像的大小 y重復(fù)測量三次取平均值 7，計(jì)算出視放大率，并比 較實(shí)驗(yàn)值與理論值，計(jì)算相對偏差。=2.799mm , E字高y= 12.70mm ,實(shí)驗(yàn)值

10、4.537 ,理論值 Tf。/ fe = 4.917 。實(shí)驗(yàn)值與理論值相對偏差=7.728% 。實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)為也=1.000 計(jì)算。理論推導(dǎo)：考慮例=0.925 。1 八 八小八一一(2.776 2.864 2.758) mm 2.799mm3t 0.92512.702.799/0.9254.197fc 15 44理論值：T 上 -5- 4.917fe 3.14T實(shí)驗(yàn) T理論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：測量序號123物格數(shù)m111像格數(shù)n8.27.88.3r8.27.88.3，一一1 一一一視放大率=_ （8.2 7.8

11、 8.3）8.13理論的推導(dǎo)：（光路圖如下）計(jì)算：由幾何關(guān)系得到y(tǒng)_Lfe ,工 _y fe yf。f 0L1（ 為y與L的距離）L1 -f 0故理論y_y_ y_ l fe f0y y y fe lt”(L fe) fe (L1 f0)理論fo_ (Lfe)fe (L1f)f0(L fj理論f； (L1 f。)15.44(140.50-55.00) 3.143.14 (65 15.44)實(shí)驗(yàn)值與理論值相對偏差E T實(shí)驗(yàn) T理論100%T理論8.10-8.79100% 7.8%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 11 , fo = 4.8

12、3 cm,目鏡編號 04 , fe =3.14 cmqo的推導(dǎo):M三*菅寸qo f -6cmPe 的推導(dǎo)：E 口 jpefe(D .f,，A.myfePeDD貝U l=qo+pe=19.70 cm(2)物桿位置112.55 cm,物鏡位置 Lo= 120.00 cm,目鏡 Le= 139.70 cm,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 -f=D =21.86 cm,則標(biāo)尺位置 X=s+l 27.69 cm =0.2mm,t=1.0mm測量序號1比照標(biāo)尺格數(shù)m8帶小燈的標(biāo)尺格數(shù)n2IM=mt/n t20231215342019m 19.

13、7 ,測量值與理論值相對偏差 =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?！舅伎碱}解答】1、用同一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡觀測不同距離的物體時(shí)，其視放大率是否改變？答：由前面分析可知，對于無焦系統(tǒng) T f0 改變物距，視放大率不變。fef0 （L f J物像共面時(shí)的視放大率，-e-,物距增大，

14、視放大率減??；物距減小，視放大率增大。這從f e L L 1 f 0）前面相應(yīng)光路圖中也能看出。2、本實(shí)驗(yàn)中使用的測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？答：因?yàn)橐暦糯箸R內(nèi)的主尺也被放大了同的倍數(shù)，即通過該目鏡測得的y的刻度與實(shí)際測得的 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 L。左側(cè)，L。右側(cè)放一接收屏 巳調(diào)節(jié)P的位置，使其上出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，記下P位置

15、，該處即為F0 。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P上出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，則此時(shí) F0和Fe重合，即L0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

16、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)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

17、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。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)定測量顯微鏡：用綠色刻尺(每格 0.20mm)作為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定測量顯微鏡，測量顯微鏡編號 標(biāo)準(zhǔn)物y= mm (10格)，像y =,顯微鏡物鏡放大率3o= 2、望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)物鏡編號 ,物鏡焦距f。，=,目鏡編號 ,目鏡焦距fe =物屏位置 ,物鏡位置Lo=,目鏡位置Le=,測量顯微鏡位置=。測量序號123E字上端線位置d1(mm)E字下端線位置d2(mm)像高 v =(d2)/ 3 o(mm), E字高y=,實(shí)驗(yàn)值 ,理論值 t f。/ fe=實(shí)驗(yàn)值與理論值相對偏差=3、望遠(yuǎn)鏡物像共面時(shí)的視放大率測量序號123物格數(shù)m像格數(shù)nr4、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