大学物理实验报告（清华大学）4.2望远镜和显微镜.doc

清 华 大 学 实 验 报 告 系别：机械工程系 班号：机械72班 姓名：车德梦 （同组姓名： ） 作实验日期 2008年 12月 10日 教师评定： 实验4.2 望远镜和显微镜 一、实验目的 （1）2）了解视放大率等的概念并掌握其测量方法； （3）进一步熟悉透镜成像的规律。 二、实验原理 望远镜主要用于观察远处的目标，显微镜主要用于观察近处的微小物体，它们的作用都是增大被观察物对人眼的张角，起着视角放大的作用。两者的光学系统比较相似，都是由物镜和目镜组成，物体先通过物镜成一中间相，再通过目镜来观察。两者对物体的放大能力都是通过视放大率来表示的。 （1）望远镜 的像方焦点与目镜的物方焦点重合。无穷远处物体发出的光经物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜（短焦距）将此实像成像于无穷远处，是视角增大，利于人眼观察。为了利于对远处物体的观测，望远镜物镜的焦距一般很长。 图中所示望远镜的物镜与目镜均为会聚透镜，这种望远镜称为开普勒望远镜，其优点是可以在物镜与目镜之间的中间像平面上安装分划板（其上有叉丝和刻尺）以供瞄准或测量。实验装置中用到的望远镜（如分光计上的望远镜、光杠杆系统中的望远镜等）均为开普勒望远镜，在中间像平面上装由分划板。 使用望远镜时，观察者应先调节目镜（这称为视度调节）看清分划板，使分划板成像于人眼明视距离处，在调节望远镜镜筒长度（这称为调焦），即改变物镜、目镜间离，使被观察物清晰可见并与分划板的叉丝无视差（中间像落在分划板平面上）。 2. 望远镜的视放大率 视放大率定义为目视光学仪器所成的像对人眼的张角的正切与物体直接对人眼的张角的正切之比，即 对于上图的望远镜，根据其几何光路知 ， 因此，望远镜的视放大率为 式中、分别是的物方焦距、像方焦距，。如果物镜和目镜焦距已知，则由此式可以计算出望远镜的视放大率。且物镜的焦距越长、目镜的焦距越短望远镜的放大率越大。 实际测量望远镜的无焦系统的视放大率时，可以利用下图的光路。当物较近，物距较小，即时，物镜所成的像会位于点的右侧（实像）或的左侧（虚像），经目镜后，即成缩小的实像于点右侧，用仪器测出像高，从三角关系可得出 因此无焦系统的视放大率可以测出。 3. 物像共面时的视放大率 当望远镜的被观察物位于有限远时，望远镜的视放大率可以通过移动目镜把像推远到与物在一个平面上时来测量，如下图。此时 ， 式中，为远处物体到目镜的距离。于是可以得出望远镜物像共面时的视放大率为 根据几何关系可以推出 显然此时的放大率与物、像都在无穷远时的视放大率不完全相同，但当物距大于20倍物镜的焦距时，两者的差别就不太明显了。 （2）显微镜的像方焦点与目镜的物方焦点之间的距离称为显微镜的光学间隔，放大倍数一定时，光学间隔、镜筒长度也固定不变。常用显微镜如工具显微镜、读数显微镜等物镜与目镜之间的中间像平面上也安装有分划板利于瞄准或测量。 实际上，显微镜所成的像同样不是在无穷远处而是在明视距离处。使用时要先进行视度调节使分划板叉丝的像位于人眼明视距离处，再调整显微镜与被观察物之间的距离（称为调焦）使被观察物清晰可见并与分划板叉丝的像无视差。 2. 显微镜的视放大率 式中为物镜的线放大率，为目镜的视放大率。从上式可以看出，显微镜物镜、目镜焦距越短、光学间隔越大，显微镜的放大倍数越大。 当显微镜成虚像于距目镜为的位置上，且眼瞳位于目镜后焦点处观察时，显微镜的视放大率为 ， 形式上等同于式，但是中间像并不在目镜的物方焦平面上，。特别当时视放大率的测量可以通过一个与主光轴成的半透半反镜把一带小灯的标尺成虚像至显微镜的像平面，直接比较测量像长，即可得出视放大率 3. 测量显微镜为固定值（一般为1.000）的物镜与测微目镜组成，使用时调整测量显微镜位置使得成像在叉丝平面上，则像的实际大小为测微目镜测量值除以。 三、实验器具 望远镜实验：物镜一件，目镜一件，测量显微镜一件（物镜线放大率1.000），竖直标尺一件（分格值5.0mm），导轨一台，滑块若干，像屏一件。 显微镜实验：物镜一件，目镜一件，半透半反镜一件，玻璃标尺一件（分格值0.2mm），带小灯的毫米标尺一件，木尺一把，导轨一台，滑块若干。 四、实验任务 1. 望远镜实验65.00cm且物像共面时的视放大率。 实验中用日光灯照亮竖直标尺作为“物”，并做共轴调节，使物标尺上的十字交点与透镜、共轴，且该轴与光具座的导轨平行。记录标尺平面（物）的位置时注意滑块刻线（表示支架中心的位置）与标尺平面不共面，两者水平间距参见实验室说明。 测量物镜与目镜焦点重合的望远镜的视放大率。使透镜间距为，用测量显微镜测出