大学物理实验报告（清华大学）实验4.2望远镜与显微镜.doc

物理实验报告 系别 机械系 班级 机械51班 学号 2005010409 组号 07C 做实验日期 2006年11月16日 望远镜和显微镜 一、试验目的 1、了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法； 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 1、望远镜的光学系统 基本的望远镜系统是由物镜和目镜组成的无焦系统，物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。 图中所示望远镜的物镜与目镜均为会聚透镜，成为开普勒望远镜，其优点是可以在物镜与目镜之间的像平面上安装分划板以供瞄准或测量。使用时，应先调节目镜看清分划板，使分划板成像于人眼明视距离处，在调节望远镜筒长度（改变物镜、目镜间的距离），使被观察物清晰可见并与分划板的叉丝或横线无视差。 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。故本式可以作为望远镜视放大率的理论计算公式。 实际测量时可以利用下图的光路。当物y较近，物距较小，即 （1+/）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，测出，可得：，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目镜把像推远到与物y在一个平面上来测量，如下图。此时 ， 式中L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 ，还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 1、显微镜的基本光学系统 显微镜的基本光学系统如下图，其物镜和目镜都是会聚透镜，位于物镜物方焦点外侧附近的微小物体经物镜后先成一放大的实像，此实像在京目镜成像于无穷远处，两次放大都使得视角增大。 显微镜物镜的像方焦点之间的距离称为显微镜的光学间隔，放大倍数一定是，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。使用时要先进行适度调节是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 显微镜的视放大率定义为像对人眼的张角的正切与物在明视距离D=250mm处时直接对人眼的张角的正切之比。如下图所示，其视放大率可通过三角关系得： 式中为物镜的线放大率，为目镜的视放大率。 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有关于主光轴成45度的班头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 它有线放大率为固定值得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，则像的实际大小为侧位目镜测量值除以。 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，竖直标尺一件，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，带小灯的毫米标尺一件，木尺一把，导轨一台，滑块若干。 四、实验任务及步骤 实验内容：自己组装望远镜，并测量望远镜无焦系统的视放大率，测量物距为离望远镜物镜65.00cm且物像共面时的视放大率。 实验中用日光灯照量竖直标尺作为物，并作共轴调节。测量物镜与目镜焦点重合的望远镜的视放大率时使透镜间距为，用测量显微镜测出竖直标尺上5小格经望远镜后所成像的大小，重复测量三次的平均值，计算出视放大率，并比较实验至于理论值，计算相对偏差。 测物像共面时的视放大率先取物距=65.00cm。移动目镜，使从目镜中能够看到竖直标尺得像，接着用一只眼睛从望远镜外直接观察竖直标尺，另一只眼睛通过望远镜看标尺，一边轻轻晃