望远镜与显微镜焦距测量实验.pdf

望远镜和显微镜 望远镜和显微镜都是助视光学仪器，是观察或测量时常用的仪器，它们有时也是其它一些光学仪器如 分光计等的重要组件。因此，了解它们的构造原理并掌握它们的使用方法不仅有利于加深理解透镜成像的 规律，更能为正确使用其它光学仪器打下基础。 1. 实验目的 (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规律。 2. 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 物镜成一中间像，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 （在本实验中我们 只关心放大率的大小，不考虑其符号）。 (1) 望远镜（Telescope ） ① 望远镜的基本光学系统 基本的望远系统是由物镜和目镜组成无焦系统， 物镜Lo 的像方焦点Fo 与目镜Le 的物方焦点Fe 重合， ω y Le L F F ωF 如图 1。无穷远物体发出的光经物镜后在物镜焦平面 o o e e 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，使视角增大，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 图1 望远镜的基本光学系统 较长。 图1 所示的望远镜，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。普物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，在中间像平面上装有分划板。 实际上，为方便人眼观察，物体经望远镜后一般不是成像于无穷远，而是成虚像于人眼明视距离处；而 且为实现对远近不同物体的观察，物镜与目镜的间距即镜筒长度可调，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点可 能会不重合。使用望远镜时，观察者应先调目镜（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，再调节望远镜镜筒长度（这称为调焦），即改变物镜、目镜间距，使被观察物清晰可见并与分划板 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Γ定义为目视光学仪器所成的像对人眼的张角（记为）的正切与物体直接对人眼的张角（记 为）的正切之比，即  t an Γ  (1) t an 对图1 所示的望远镜，由于物在无穷远处，则物直接对人眼的张角等同于物对望远镜物镜的张角 ，根 据图1 几何光路可知： y  y y tan tan f o f e f e 因此，望远镜的视放大率Γ为 T f o Γ (2) T