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1、显微镜与望远镜物理第1页，本讲稿共19页哈勃望远镜哈勃望远镜第2页，本讲稿共19页第3页，本讲稿共19页n人眼无法分辨极远处细微的物体细节，在一般照人眼无法分辨极远处细微的物体细节，在一般照明情况下，正常人的眼睛在明情况下，正常人的眼睛在明视距离明视距离（25cm25cm）能）能分辨相距约分辨相距约0.05mm0.05mm的两个光点。当两光点间距小的两个光点。当两光点间距小于于0.05mm0.05mm时，即无法分辨，我们把这个极限称为时，即无法分辨，我们把这个极限称为人眼的人眼的分辨本领分辨本领，这时两光点对人眼球中心的张，这时两光点对人眼球中心的张角约为角约为11，这张角称为，这张角称为视角
2、视角。观察物体要想能。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。和望远镜就是为扩大人眼视角的助视光学仪器。背景知识背景知识第4页，本讲稿共19页n显微镜显微镜是用来观察和测量有限远微小目标的工具。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。微镜、偏光显微镜和读数显微镜等。n望远镜望远镜是用来帮助人们
3、观察远处物体，当位于远处物体是用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：助此仪器才能分辨它。望远镜有两种基本类型：开普勒开普勒望远镜望远镜和和伽利略望远镜伽利略望远镜。开普勒望远镜的目镜和物镜。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），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。而物镜是正透镜。背景知识背景知识第5页，本讲稿共19页实验目的实验目的n通过实验掌握望远镜、显微镜的基本原理通过实验掌握望远镜、显
4、微镜的基本原理 n设计组装望远镜及显微镜设计组装望远镜及显微镜n测量自组望远镜和显微镜的放大率测量自组望远镜和显微镜的放大率第6页，本讲稿共19页望远镜原理（开普勒型）望远镜原理（开普勒型）n物镜和目镜组成，物镜将无限远的物成实像于焦平面，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。镜所成的实像放大到无穷远。第7页，本讲稿共19页望远镜原理（开普勒型）望远镜原理（开普勒型）视角放大率理论值：视角放大率理论值：适用条件：物体无穷远适用条件：物体无穷远第8页，本讲稿共19页
5、物像共面时的视放大率LLLyy实像y物距L1FoFoOoOeFeFeOoFoOoFoOoFoOoFoOoFoOoFoFoOoFoOeFeFeOeFeFeOeFeFeOeFeFeOeFe实像y第9页，本讲稿共19页L11 m1.5 m2.0 mL理理yy实实fo=225 mmfe =45 mm第10页，本讲稿共19页显微镜原理显微镜原理n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）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。镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。n经物镜以后，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靠靠近目
6、镜（近目镜（eyepiece）焦点）焦点Fe的位置上，再经目镜放大为虚的位置上，再经目镜放大为虚像像I2后供眼睛观察。后供眼睛观察。第11页，本讲稿共19页视角放大率理论值视角放大率理论值第12页，本讲稿共19页L理理yy实实L=240 mmy=30 mmy =?fo=45 mmfe =34 mm第13页，本讲稿共19页光学元件的共轴调节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薄透镜成像公式仅在近轴条件下成立,物距、像距是沿着物距、像距是沿着主光轴计算长度的主光轴计算长度的,透镜及各元件的主光轴应该重合，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。并且物体位于透镜的
7、主光轴附近。粗调粗调将光源、物体、透镜靠拢，调节它们的取向和将光源、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，使它们的中心处高低左右位置，凭眼睛观察，使它们的中心处在同一直线上在同一直线上细调细调以透镜成像规律为依据，利用共轭原理以透镜成像规律为依据，利用共轭原理细调细调第14页，本讲稿共19页如果物的中心偏离透镜的光轴如果物的中心偏离透镜的光轴,则两次成像的放大像和缩小像的中则两次成像的放大像和缩小像的中心不重合心不重合,若放大像的中心高于缩小像的中心若放大像的中心高于缩小像的中心,说明物的中心低于说明物的中心低于主光轴主光轴,以缩小像的中心为目标以缩小像的中心为目标,调节透
8、镜或物的上下位置调节透镜或物的上下位置,逐渐使逐渐使放大像的中心与缩小像的中心重合放大像的中心与缩小像的中心重合.多个透镜的光学系统多个透镜的光学系统,先调节先调节好与一个透镜光轴重合的共轴好与一个透镜光轴重合的共轴,再逐个加入其余透镜再逐个加入其余透镜,直到所有光直到所有光学元件共轴为止学元件共轴为止第15页，本讲稿共19页实验内容实验内容n自组望远镜自组望远镜1.1.标尺标尺3.3.二维架二维架:SZ-07:SZ-075.5.二维架二维架:SZ-07:SZ-077.7.二维平移底座：二维平移底座：SZ-02SZ-022.2.物镜物镜Lo o:fo o=225mm=225mm4.4.目镜目镜
9、Le e:fe e=45mm=45mm6.6.二维平移底座：二维平移底座：SZ-02SZ-02物镜物镜目镜目镜标尺标尺第16页，本讲稿共19页实验内容实验内容n自组望远镜自组望远镜1.参照光路图组成望远镜，向参照光路图组成望远镜，向3米远处的标尺调焦，使标尺米远处的标尺调焦，使标尺的像清晰可见，并对准两个红色指标间的的像清晰可见，并对准两个红色指标间的“E”字字(距离距离为为d1=5cm)；2.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，在接注视标尺，在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的标视觉系统获得被望远镜放大的和直
10、观的标尺的叠加像尺的叠加像，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度d2。3.求出自组望远镜的放大率，并与计算出的放大率作比较。求出自组望远镜的放大率，并与计算出的放大率作比较。4.改变标尺与望远镜距离重新调节测量。改变标尺与望远镜距离重新调节测量。第17页，本讲稿共19页实验内容实验内容n自组显微镜自组显微镜1.小照明光源：小照明光源：SZ-502.干版架：干版架：SZ-123.分划版：分划版：1/10 mm4.二维架：二维架：SZ-075.物镜物镜Lo：fo o=45 mm6.二维调节架：二维调节架：SZ-077.三维调节架：三维调节架：SZ-168.目镜
11、目镜Le：fe e=29 mm9.45玻璃架：玻璃架：SZ-4510.升降调节座：升降调节座：SZ-0311.双棱镜架：双棱镜架：SZ-4112.毫米尺：毫米尺：l=30 mm13.二维平移底座：二维平移底座：SZ-0214.二维平移底座：二维平移底座：SZ-0215.升降调节座：升降调节座：SZ-0316.通用底座：通用底座：SZ-0417.白光源：白光源：GY-6A第18页，本讲稿共19页实验内容实验内容n自组显微镜自组显微镜1.1.按光路图布置各器件，目测调至共轴。按光路图布置各器件，目测调至共轴。2.2.调节光源、微尺、物镜和目镜之间的距离，在显微镜调节光源、微尺、物镜和目镜之间的距离
12、，在显微镜系统中得到清晰的放大的微尺的像。系统中得到清晰的放大的微尺的像。3.3.在目镜之后置一与主光轴成在目镜之后置一与主光轴成4545角的平玻璃板角的平玻璃板（半透半反），距此玻璃板（半透半反），距此玻璃板25cm25cm处置一白光源照处置一白光源照明的毫米尺。明的毫米尺。4.4.测量显微镜的放大率：通过显微镜能看到微尺的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同一平面上，从这两个像的大小之比求得显微镜的放大率。的放大率。5.5.测量物镜与目镜之间的距离，并比较显微镜的测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。量放大率与计算放大率。第19页，本讲稿共19页