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1、中原工学院理学院物理实验中心指导教师曾灏宪自组显微镜和望远镜大学物理实验大学物理实验物理实验中心第物理实验中心第11实验室实验室实验目的实验目的 掌握光学系统的共轴调节方法掌握光学系统的共轴调节方法熟悉望远镜和显微镜的构造和放大原理熟悉望远镜和显微镜的构造和放大原理学会望远镜和显微镜放大率的测量学会望远镜和显微镜放大率的测量实验原理实验原理 显微镜主要用于观察近处的微小物体，望远镜主要用于观显微镜主要用于观察近处的微小物体，望远镜主要用于观察远处的目标，他们的作用都是增大被观察物对人眼的张察远处的目标，他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近似，都角，起
2、着视角放大的作用。两者的光学系统比较近似，都是由物镜和目镜组成，物体首先通过物镜成一中间像，再是由物镜和目镜组成，物体首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。率来表示。2.1显微镜原理显微镜原理最简单的显微镜是由两组透镜构成的：最简单的显微镜是由两组透镜构成的：物镜（焦距很短），目镜（惠物镜（焦距很短），目镜（惠更斯目镜）。更斯目镜）。物体位于物镜（物体位于物镜（objective）前方，离开物镜的距离大于物镜的焦距，）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。但小于两倍物镜焦距。经物
3、镜以后，物体形成一个倒立的放大的实像经物镜以后，物体形成一个倒立的放大的实像I1。I1靠近目镜靠近目镜（eyepiece）焦点）焦点Fe的位置上，再经目镜放大为虚像的位置上，再经目镜放大为虚像I2后供眼睛观察。后供眼睛观察。物镜和目镜所组成的复合光具组的焦距为：物镜和目镜所组成的复合光具组的焦距为：整个显微镜（当作一个简单放大镜）的放大本领为：整个显微镜（当作一个简单放大镜）的放大本领为：望远镜原理望远镜原理望远镜是帮助人眼对远处的物体进行观察的光学仪器。其种类繁多，但其光望远镜是帮助人眼对远处的物体进行观察的光学仪器。其种类繁多，但其光学系统都是有物镜和目镜组成的，且都放在镜筒里。学系统都是
4、有物镜和目镜组成的，且都放在镜筒里。按其镜筒数目分：单筒、双筒；按其镜筒数目分：单筒、双筒；按其物镜形式分：反射式、折射式、折反射式；按其物镜形式分：反射式、折射式、折反射式；按其目镜形式分：开普勒式按其目镜形式分：开普勒式(会聚透镜会聚透镜)、伽利略式、伽利略式(发散透镜发散透镜);按其用途分：按其用途分：天文望远镜：射电、红外、天文望远镜：射电、红外、紫外、紫外、x光望远镜等光望远镜等;普通望远镜：读数普通望远镜：读数(实验用实验用)、棱镜、棱镜(双筒、军事、观剧、旅游、球赛等双筒、军事、观剧、旅游、球赛等)；特殊望远镜：天文、遥感、宇航、导弹跟踪、高空摄影、激光测距等。特殊望远镜：天文、
5、遥感、宇航、导弹跟踪、高空摄影、激光测距等。开普勒望远镜开普勒望远镜两个会聚透镜（物镜、目镜），折射式。两个会聚透镜（物镜、目镜），折射式。物镜像方焦点物镜像方焦点F1和目镜物方焦点和目镜物方焦点F2重合。重合。可见：像是倒立的。实验仪器实验仪器 实验设计与内容实验设计与内容 我们开发的这个设计性实验最大的亮点为：学生可以自由我们开发的这个设计性实验最大的亮点为：学生可以自由选择不同焦距的透镜进行显微镜和望远镜的组装。选择不选择不同焦距的透镜进行显微镜和望远镜的组装。选择不同的焦距，就意味着组装成的望远镜和显微镜具有不同的同的焦距，就意味着组装成的望远镜和显微镜具有不同的视角放大率，这就要求学
6、生具备良好的判断意识，能够从视角放大率，这就要求学生具备良好的判断意识，能够从不同的焦距组合中选取适宜实验要求的，符合日常生活规不同的焦距组合中选取适宜实验要求的，符合日常生活规律的透镜组合。这样的实验要求使学生在得到实验题目后，律的透镜组合。这样的实验要求使学生在得到实验题目后，必须通过自行阅读实验材料必须通过自行阅读实验材料,熟悉常用仪器的原理、结构，熟悉常用仪器的原理、结构，才能够自主的、正确的筛选透镜和实验方法，才能够自主的、正确的筛选透镜和实验方法，有了正确的透镜组合作为基础和铺垫，才能保证实验设计有了正确的透镜组合作为基础和铺垫，才能保证实验设计方案的正确性和正式实验的顺利进行。在
7、此过程中，发挥方案的正确性和正式实验的顺利进行。在此过程中，发挥了学生们各自的思维与想象力了学生们各自的思维与想象力,使学生的创新意识和综合使学生的创新意识和综合能力受到启发和锻炼，可以培养学生坚韧不拔的意志品质、能力受到启发和锻炼，可以培养学生坚韧不拔的意志品质、实事求是的科学态度及相互帮助的协作精神。实事求是的科学态度及相互帮助的协作精神。显微镜的组装显微镜的组装（a）选出焦距为）选出焦距为50mm,70mm的两个凸透镜作为物镜和目镜的两个凸透镜作为物镜和目镜（b）装配显微镜如图（）装配显微镜如图（c）光学间隔取）光学间隔取170mm时，调节物镜与目镜距时，调节物镜与目镜距离为离为290m
8、m（c）打开溴钨灯，在目镜后观察，并调节）打开溴钨灯，在目镜后观察，并调节1/10mm分划板，使得分划板，使得 标尺标尺目镜中能观察到清晰的分划板刻度且充满整个视场。目镜中能观察到清晰的分划板刻度且充满整个视场。（d）在目）在目镜镜后放置与后放置与显显微微镜镜光光轴轴成成45。的透射反射的透射反射镜镜（7：3），并），并在在距光距光轴轴25cm25cm（明（明视视距离）放置距离）放置标标准毫米尺，打开汞灯。准毫米尺，打开汞灯。（e e）读读出分划板上的某一出分划板上的某一长长度度对应标对应标准毫米尺的准毫米尺的长长度。度。（f f）改）改变变光学光学间间隔，重复上述步隔，重复上述步骤骤并并记录
9、记录数据。数据。望远镜的组装望远镜的组装（a）选焦距为）选焦距为150mm与与50mm的两个凸透镜为物镜和目镜，安装并调的两个凸透镜为物镜和目镜，安装并调节共轴。节共轴。（b）按图装配望远镜。）按图装配望远镜。（c）使光学间隔为）使光学间隔为0，镜筒长度为，镜筒长度为200mm，选取标尺为被测物，并将，选取标尺为被测物，并将它安放在距物镜大于它安放在距物镜大于1.5m处。处。（f）一只眼睛直接观察标尺，同时用另一只眼通过望远镜观看标尺的）一只眼睛直接观察标尺，同时用另一只眼通过望远镜观看标尺的像，调节标尺位置，使标尺和标尺像重合，读出标尺和标尺像重合区像，调节标尺位置，使标尺和标尺像重合，读出
10、标尺和标尺像重合区段上的刻度，记录下来。段上的刻度，记录下来。（g）改变标尺上夹子位置，重复上述步骤并记录数据。）改变标尺上夹子位置，重复上述步骤并记录数据。数据处理及误差分析数据处理及误差分析实验实验中中记录记录的原始数据只有的原始数据只有经过经过适当的适当的处处理和理和计计算才能反算才能反映出事物的内在映出事物的内在规规律或得出律或得出测测量量结结果，果，这这种种处处理理过过程称数程称数据据处处理。下面是理。下面是显显微微镜镜和望和望远镜远镜理理论值论值，实验值实验值以及以及误误差差的的计计算。算。显微镜误差分析误差分析（a）由实验仪器带来的系统误差：光学底座误差，学生）由实验仪器带来的系统误差：光学底座误差，学生在实验过程中，选择了不同类型的光学底座，使得镜筒长在实验过程中，选择了不同类型的光学底座，使得镜筒长度的实验值和理论值有所偏差。度的实验值和理论值有所偏差。（b）偶然误差：主要是视觉误差，学生在长时间的观测）偶然误差：主要是视觉误差，学生在长时间的观测过程中，很难保持相同的观测姿势，视角和高度，很容易过程中，很难保持相同的观测姿势，视角和高度，很容易产生视觉疲劳，这样学生读出的数据与真实值相比有所偏产生视觉疲劳，这样学生读出的数据与真实值相比有所偏差。差。