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1、望远镜和显微镜的设计与组装,五邑大学物理实验中心,哈勃望远镜,背景知识,人眼无法分辨极远处细微的物体细节，在一般照明情况下，正常人的眼睛在明视距离（25cm）能分辨相距约0.05mm的两个光点。当两光点间距小于0.05mm时，即无法分辨，我们把这个极限称为人眼的分辨本领，这时两光点对人眼球中心的张角约为1，这张角称为视角。观察物体要想能分辨细节，最简单的方法是使视角扩大，显微镜和望远镜就是为扩大人眼视角的助视光学仪器。,显微镜是用来观察和测量有限远微小目标的工具。光学显微镜根据具体用途可分为许多种类，在实验中经常遇到的是生物显微镜、体视显微镜、工具显微镜、偏光显微镜和读数显微镜等。 望远镜是用
2、来帮助人们观察远处物体，当位于远处物体的细节对眼睛的视角小于人眼的分辨极限时，人们必须借助此仪器才能分辨它。望远镜有两种基本类型：开普勒望远镜和伽利略望远镜。开普勒望远镜的目镜和物镜均为正透镜。伽利略望远镜目镜是负透镜（凹透镜），而物镜是正透镜。,实验目的,掌握测定透镜焦距的方法 掌握光学系统的共轴调节方法 通过实验掌握望远镜、显微镜的基本原理 设计组装望远镜及显微镜 测量自组望远镜和显微镜的放大率,实验原理 凸透镜焦距测定,1、平面镜法(自准直法),透镜沿光轴缓慢移动，当在物上生成与A等大的倒立实像A时，物屏与透镜之间和距离即为焦距。,凸透镜焦距测定,2、物距像距法,移动屏得到一个清晰的 与
3、物相似的倒立像,凸透镜焦距测定,3、共轭法,凹透镜焦距测定,物体经凹透镜后被发散成虚像,因此需用一凸透镜作辅助透镜可成虚物,再经凹透镜成实像。测出u，v,代入透镜成像公式即可求得凹透镜焦距f,望远镜原理（开普勒型）,物镜和目镜组成，物镜将无限远的物成实像于焦平面，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合，因此目镜将物镜所成的实像放大到无穷远。,望远镜原理（开普勒型）,视角放大率理论值：,适用条件：物体无穷远,物像共面时的视放大率,L,L,y,y,实像y,物距L1,Fo,Fo,Oo,Oe,Fe,Fe,Oo,Fo,Oo,Fo,Oo,Fo,Oo,Fo,Oo,Fo,Oo,Fo,Oe,Fe,Fe,Oe,Fe,
4、Fe,Oe,Fe,Fe,Oe,Fe,显微镜原理,物体位于物镜（objective）前方，离开物镜的距离大于物镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。 经物镜以后，物体形成一个倒立的放大的实像I1。I1靠近目镜（eyepiece）焦点Fe的位置上，再经目镜放大为虚像I2后供眼睛观察。,视角放大率理论值,光学元件的共轴调节,薄透镜成像公式仅在近轴条件下成立,物距、像距是沿着主光轴计算长度的,透镜及各元件的主光轴应该重合，并且物体位于透镜的主光轴附近。,粗调,将光源、物体、透镜靠拢，调节它们的取向和高低左右位置，凭眼睛观察，使它们的中心处在同一直线上,细调,以透镜成像规律为依据，利用共轭原理细调,（1）按图放
5、置物，透镜和像屏，使得D4f，然后固定物和像屏的位置； （2）当移动透镜到O1和O2两处时，屏上分别得到放大和缩小的像。物点B处在主光轴上，它的两次成像位置重合于B处；物点P如不在主光轴上，它的两次成像位置P和P分开。当P点在主光轴上方时，放大的像P在缩小的像P点的下方。反之，则表示P点在主光轴的下方。调节物点的高低，使经过透镜两次成像的位置重合，即达到了同轴等高。 （3）如果固定物点的位置，调节透镜的高度也可以出现步骤（2）所述的现象，根据观察到的透镜两次成像的位置关系，判断透镜中心是偏高还是偏低，最后将系统调成同轴等高。,实验内容 自准法测量凸透镜焦距,白炽灯光源S,白炽灯光源S,品字型物
6、像屏P,品字型物像屏P,待测凸透镜L,待测凸透镜L,平面发射镜M,平面发射镜M,实验内容,自组望远镜 标尺 二维架: SZ-07 二维架: SZ-07 二维平移底座：SZ-02,物镜Lo: fo= 225mm,目镜Le: fe= 45mm,二维平移底座：SZ-02,物镜,目镜,标尺,实验内容,自组望远镜 参照光路图组成望远镜，向3米远处的标尺调焦，使标尺的像清晰可见，并对准两个红色指标间的“E”字(距离为d1=5cm)； 观察者用一只眼睛观察望远镜视场中标尺的像，另一只眼睛直接注视标尺，在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度d2。 求出自组望远镜
7、的放大率，并与计算出的放大率作比较。 改变标尺与望远镜距离重新调节测量。,实验内容,自组显微镜,小照明光源：SZ-50 干版架：SZ-12 分划版：1/10 mm 二维架：SZ-07 物镜Lo： fo=45 mm 二维调节架：SZ-07 三维调节架：SZ-16 目镜Le： fe =29 mm 45玻璃架：SZ-45 升降调节座：SZ-03 双棱镜架：SZ-41,毫米尺：l=30 mm 二维平移底座：SZ-02 二维平移底座：SZ-02 升降调节座：SZ-03 通用底座：SZ-04 白光源：GY-6A,实验内容,自组显微镜 按光路图布置各器件，目测调至共轴。 调节光源、微尺、物镜和目镜之间的距离，在显微镜系统中得到清晰的放大的微尺的像。 在目镜之后置一与主光轴成45角的平玻璃板（半透半反），距此玻璃板25cm处置一白光源照明的毫米尺。 测量显微镜的放大率：通过显微镜能看到微尺的放大像，这个像与半透半反镜所成的标尺的像在同一平面上，从这两个像的大小之比求得显微镜的放大率。 测量物镜与目镜之间的距离，并比较显微镜的测量放大率与计算放大率。,思考题,将望远镜倒转，即以目镜组为物镜，物镜为目镜，可否作为显微镜？会有什么问题？ 将一显微镜倒置使用，会出现什么现象？,