望遠鏡與顯微鏡試驗報告材料

1、實用文檔望遠鏡和顯微鏡實驗報告BME8 鮑小凡 2008013215【實驗?zāi)康摹?1) 了解望遠鏡和顯微鏡的構(gòu)造及其放大原理，并掌握其使用方法;(2) 了解放大率等的概念并掌握其測量方法；(3)進一步熟悉透鏡成像規(guī)律?！緦嶒炘怼恳?、望遠鏡1、望遠鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)無窮遠處物體發(fā)出的光經(jīng)物鏡后在物鏡焦平面上成一倒立縮小的實像，再利用目鏡將此實像成像于無 窮遠處，使視角增大，利于人眼觀察。圖1望遠鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)使用望遠鏡時，應(yīng)先調(diào)目鏡，看清分劃板，再調(diào)鏡筒長度。使被觀察物清晰可見并與分劃板叉絲無視 差(中間像落在分劃板平面上)。2、望遠鏡的視放大率。記目視光學(xué)儀器所成的像對人眼的張角為3，物體直

2、接對人眼的張角為3,則視放大率:實用文檔tan '由幾何光路可知:y' tan = fo'tan ' '=y' y'fefe'因此，望遠鏡的視放大率:fo'y較近時，即物距:一 TF實際測量望遠鏡無焦系統(tǒng)的視放大率時，利用圖二所示的光路圖。當物時，物鏡所成的像會位于 O右側(cè)（實像）或左側(cè)（虛像），經(jīng)目鏡后，即成縮小的實像y'',于是視放大率:fe'fey''3、物像共面時的視放大率。當望遠鏡的被觀測物位于有限遠時,個平面上來測量。如圖三。此時:圖2 測望遠鏡的視放大率圖望遠鏡的視放大

3、率可以通過移動目鏡把像y''推遠到與物y在一,y tan '=Ltan = L于是可以得到望遠鏡物像共面時的視放大率:_ y'' _ fo' L fe'T 一 y 一 fe' Li - fo'實用文檔可見，當物距Li大于20倍物鏡焦距時，它和無窮遠時的視放大率差別很小?？梢?，當物距Li大于20倍物鏡焦距時，它和無窮遠時的視放大率差別很小。圖3測望遠鏡物象共面時的視放大率二、顯微鏡1、顯微鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)顯微鏡的物鏡、目鏡都是會聚透鏡，位于物鏡物方焦點外側(cè)附近的微小物體經(jīng)物鏡放大后先成一放大 的實像，此實像再經(jīng)目鏡成像于無窮

4、遠處，這兩次放大都使得視角增大。為了適于觀察近處的物體，顯微 鏡的焦距都很短。圖4顯微鏡基本光學(xué)系統(tǒng)使用時需先進行視度調(diào)節(jié)使分劃板叉絲的像位于人眼明視距離處，再調(diào)焦使被觀察物清晰可見并與分 劃板叉絲的像無視差。2、顯微鏡的視放大率。顯微鏡的視放大率定義為像對人眼的張角的正切和物在明視距離D=250mni處時直接對人眼的張角的正切之比。于是由三角關(guān)系得：y'fe' _ Dy'y D - fe'yD、fe'fo'=：0： e其中，°。=y'/y =Wf。'為物鏡的線放大率,e = D/ fe '為目鏡的視放大率。從上

5、式可看出，顯微鏡的物鏡、目鏡焦距越短，光學(xué)間隔越大，顯微鏡的放大倍數(shù)越大。實用文檔圖5顯微鏡成像于有限遠時的光路圖當顯微鏡成虛像于距目鏡為1''的位置上，而人眼在目鏡后焦點處觀察時（如圖五），顯微鏡的視放 大率為:y'' 1'' fe'y'' 1'' fe' y' Dy'=Tdy' D 7 =心中間像并不在目鏡的物方焦平面上，'=y'/y * 5/f。'。這時視放大率的測量可通過一個與主光軸成45度的半透半反鏡把一帶小燈的標尺成虛像至顯微鏡的像平面，直

6、接比較測量像長y'',即可得出視放大率：II3、測量顯微鏡它由線放大率3 0為固定值的物鏡和測微目鏡組成。使用時調(diào)整測量顯微鏡位置使得成像在叉絲平面上,則像的實際大小為測微目鏡測量值除以3 0?！緦嶒瀮x器】 望遠鏡實驗：物鏡1件，目鏡1件，測量顯微鏡1件（物鏡線放大率 P0 =1.000）,豎直標尺1件（分格值5.0mm）,導(dǎo)軌1臺，滑塊若干，像屏 1件。顯微鏡實驗：物鏡1件，目鏡1件，半透半反鏡1件，玻璃標尺1件（分格值0.20mm）,帶小燈毫米標尺1件，木尺1把，導(dǎo)軌1臺，滑塊若干?！緦嶒炄蝿?wù)】-、望遠鏡實驗實用文檔自己組裝望遠鏡。并測量其視放大率。測量物距為離望遠鏡物鏡6

7、5.00cm且物像共面時的視放大率。實驗中用日光燈照亮豎直標尺作為望遠鏡的“物”，并作共軸調(diào)節(jié)，使物標尺上的十字焦點與透鏡L e,Lo共軸，且該軸與光具座導(dǎo)軌平行。(1)望遠鏡無焦系統(tǒng)的視放大率即L e, L0焦點重合時的視放大率。透鏡間距=f0 +f；,用測量顯微鏡測出豎直標尺上3小格(15.0mm)經(jīng)望遠鏡所成像的大小 寸。重復(fù)測量3次，取平均值 y",計算視放大率，比較實驗值與理論值，計算相對偏差。(2)測量物距為離望遠鏡物鏡65.00cm且物像共面時的視放大率。移動目鏡，使從目鏡中能看到豎直標尺的像，一眼從外直接觀察豎直標尺，另一眼看標尺的像，一邊輕輕晃動眼睛，一邊緩慢移動目

8、鏡位置，使標尺與其像之間基本沒有視差。測出與標尺像上n格所對應(yīng)的標尺上的m格，最后求出視放大率的平均值，并比較實驗值與計算值，計算相對偏差。二、顯微鏡實驗自己設(shè)計組裝一臺觀察點位于目鏡后焦點、成像于人眼明視距離D=250mmb、視放大率為20倍的顯微鏡。并實際測量該顯微鏡的視放大率。(1)設(shè)計、計算物鏡與目鏡間距。求出中間像y“距物鏡、目鏡的間距 q0, pe,可得出l = q0 + pe。(2)按計算值在光具座上安裝好一臺顯微鏡，以綠色帶小燈的玻璃標尺作物，調(diào)節(jié)物距，通過目鏡看清楚此綠色標尺的像。測量視放大率時可參照圖6裝配儀器。使通過 P同時看到的毫米標尺 AB的像和玻璃標尺像間消視差。若

9、2色玻璃標尺上n格與毫米標尺的m分格等大，則：_yj -mt-T 一 一y n其中t為毫米標尺的分格值，t=1.0mm,三為玻璃標尺的分格值，=0.20mmio共需測量三次，求平均視放大率，并與設(shè)計值比較，計算相對偏差。實用文檔-H-$J圖6測顯微鏡視放大率的儀器裝配圖【數(shù)據(jù)處理和誤差分析】1、標定測量顯微鏡：用綠色刻尺（每格 0.20mm）作為標準標定測量顯微鏡，測量顯微鏡編號13標準物y= 2 mm （10格），像y' = 1.85mm ,顯微鏡物鏡放大率3 o=0.9252、望遠鏡實驗物鏡編號10 ,物鏡焦距fo' = 15.44cm ,目鏡編號 04 ,目鏡焦距fe，=

10、 3.14cm物屏位置 55.00cm,物鏡位置Lo= 120.00cm,目鏡位置Le= 140.50cm,測量顯微鏡位置=149.55cm 。測量序號123E子上端線位直 d1（mm）5.3205.4145.344E字卜端線位直 d2（mm）2.5442.5502.586像高 y'' =(d1-d2)/ 3 o(mm)2.7762.8642.758先做共軸調(diào)節(jié)，用日光燈照亮豎直標尺作為望遠鏡的“物”，使物標尺上的十字交點與透鏡Lo、Le共軸，且該軸與光具座的導(dǎo)軌平行。通過測無焦系統(tǒng)的橫向放大率來測望遠鏡的放大率（L1=65cm）使透鏡間距為fo' +fe',用

11、測量顯微鏡測出豎直標尺上 “ E”字高經(jīng)望遠鏡后所成像的大小y'',重復(fù)測量三次取平均值 丁'，計算出視放大率， 并比較實驗值與理論值，計算相對偏差。實用文檔=2.799mm , E 字高 y= 12.70mm ,實當值 4.537,理論值 rT = fo'/ fe'= 4.917 。實驗值與理論值相對偏差=_7.728%_q實驗時認為3 0=1.000 計算。理論推導(dǎo)：考慮3 0=0.925 。1 ,51 /C C C “ C C、c CCy = 、 yi = (2.776 2.864 2.758) mm =2.799mm5 i43，=0.925-T1

12、2.702.799/0.925= 4.197fc 15 44理論值：T°_ = 1544 =4.917fe 3.14實驗一T理論E =T 100%T理論4.917-4.1974.917100% -9.6%3、望遠鏡物像共面時的視放大率原始數(shù)據(jù)如下：測量序號123物格數(shù)m111像格數(shù)n8.27.88.3r8.27.88.31視放大率.=1 (8.2 7.8 8.3) =8.1 3理論的推導(dǎo)：（光路圖如下）實用文檔計算：由幾何關(guān)系得到L+fe1 寸A+f。' f。'，-7 7feyf0 L1Li-f。(A為y'與L。的距離)故 r理論 y-y-y= L-fey y

13、 y fef。艮(l4)不一(Li-fo)即理論fl « 工）f7（Li -f。）foYL+fe）15.44" （14。.5。-55.。）+3.14】 °”1 理論 =8.79f；（L1_f。）3.14 x （6515.44）實驗值與理論值相對偏差_T實驗T理論 ，8.1。-8.79E = 1。 ;1。 =7.8%t理論8.793、顯微鏡實驗(1)利用所提供條件及物鏡目鏡焦距設(shè)計、計算物鏡與目鏡間距l(xiāng)物鏡編號 11, fo ' = 4.83 cm ,目鏡編號 。4, fe ' = 3.14 cmqo的推導(dǎo):M十十號qo=七 fo'=16.9

14、6cmPe的推導(dǎo)：y''D - fe'fe'（DTe '）y1七,Pe,.ffe - =2.74cme D則 l=q o+pe=19.7。cm(2)物桿位置 112.55 cm 物鏡位置 Lo= 12。.。cm ,目鏡 Le= 139.7。cm ,實用文檔半透半反鏡位置=145.80 cm ,則半透半反鏡與目鏡間距s= 6.10cm ,目鏡與物的距離l '' =D-fe ' = 21.86 cm ,則標尺位置 X=s+l ' ' = 27.69 cm=0.2mm,t=1.0mm測量序號123比照標尺格數(shù)m81215

15、帶小燈的標尺格數(shù)n234r M=mt/n t202019Fm =19.7 ,測量值與理論值相對偏差 =1.5%誤差分析本實驗中可能造成誤差的原因有：(1)讀數(shù)時的誤差。由于光學(xué)實驗容易使眼睛產(chǎn)生疲勞，而且比如測物像共面的視放大率時需要兩眼分 別觀察望遠鏡內(nèi)、外，讀數(shù)比較困難，因此讀數(shù)誤差應(yīng)該是實驗中的主要誤差。(2)儀器誤差。比如標尺的分度值是0.5cm,限制了讀數(shù)的準確性。(3)利用計算近似結(jié)果組裝顯微鏡會造成誤差。(4)目鏡的共軸調(diào)節(jié)只采取了粗調(diào)會造成誤差?！舅伎碱}解答】1、用同一臺望遠鏡觀測不同距離的物體時，其視放大率是否改變？fn答：由刖面分析可知，對于無焦系統(tǒng)rT = 改變物距，視放

16、大率不變。物像共面時的視放大率,fe物距增大，視放大率減??；物距減小，視放大率增大。這從前面相應(yīng)光路圖中也能看出。2、本實驗中使用的測量顯微鏡物鏡的線放大率為1.000倍，目鏡的視放大率約為 10倍，用它測量像高y的大小時，為什么顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)不用考慮?實用文檔答：因為視放大鏡內(nèi)的主尺也被放大了同的倍數(shù)，即通過該目鏡測得的y”的刻度與實際測得的 y"刻度數(shù)（實際標尺）相同，故微鏡目鏡的放大倍數(shù)不用考慮。3、如何利用平行光管將望遠鏡調(diào)焦到無窮遠，使物鏡的像方焦點和目鏡的物方焦點重合（假定目鏡、物 鏡的焦距未知或欠準）？答：先將平行光管置于物鏡 Lo左側(cè)，Lo右側(cè)放一接收屏 巳調(diào)節(jié)

17、P的位置，使其上出現(xiàn)一個亮點，記下FP位置，該處即為Fo 。固定接受屏P,在P右側(cè)放置目鏡Le, Le右側(cè)放置平行光管，調(diào)節(jié) Le位置，使PF上出現(xiàn)一個亮點，則此時 F0和Fe重合，即Lo和Le組成無焦系統(tǒng)。4、望遠鏡和顯微鏡結(jié)構(gòu)和使用上有哪些相同點和不同點？答：結(jié)構(gòu)上：相同點：顯微鏡和望遠鏡都是用凸透鏡做目鏡。（顯微鏡和開普勒望遠鏡都是用凸透鏡做物鏡。）顯微鏡和望遠鏡的物鏡都成實像 y , y .相對目鏡的距離小于目鏡的焦距，經(jīng)目鏡成正立放大的虛像。不同點：顯微鏡物鏡的焦距很短，目鏡焦距要比物鏡焦距稍長，兩鏡間距離可調(diào)節(jié)，望遠鏡物鏡焦距 較長，目鏡焦距較短。顯微鏡物距大于物鏡焦距并小于物鏡二

18、倍焦距，物經(jīng)物鏡成一個倒立放大的實像； 望遠鏡物鏡的后焦點與目鏡的前焦點重合，物距大于物鏡二倍焦距，物經(jīng)物鏡在物鏡焦點附近成一個倒立 縮小的實像。另外，有的望遠鏡（如伽利略望遠鏡）物鏡是凹透鏡，有的望遠鏡（如牛頓反射式望遠鏡） 物鏡是凹鏡，而顯微鏡物鏡都是凸透鏡。使用上：相同點：顯微鏡和望遠鏡都可以增大觀察者的視角。不同點：顯微鏡用來觀察近處看不清的細微物體或物體的細微部分，望遠鏡用來觀察遠處看不清的大 物體?！究偨Y(jié)與反思】1、因為此次實驗前做了充分的預(yù)習，對實驗的原理有了正確的理解，所需計算的參數(shù)公式也提前推導(dǎo)出,不占用實驗的時間推導(dǎo)公式，因而提高了實驗的效率，確保實驗?zāi)墚斕猛瓿伞Ｋ哉f實驗

19、前的充分預(yù)習是 十分必要的2、這次實驗儀器調(diào)節(jié)極其需要耐心，讀數(shù)極其需要細心。實驗過程培養(yǎng)了動手能力和認真的態(tài)度。今天 做的實驗對眼睛的要求也是很高的，在實驗技巧性上比起其它實驗也要強，做起來比較辛苦，所用的時間 也比較長，需要一定程度的熟練使用光學(xué)儀器才能提高實驗技能和實驗效率。實用文檔3、實驗中需要自己推到一些公式，鍛煉了分析問題解決問題的能力。而且，本實驗中具有自己設(shè)計儀器 并加以驗證的環(huán)節(jié)，具有探索性，十分有趣，也啟發(fā)我們進行了分析和思考，收獲很大。最后，謝謝老師的悉心指導(dǎo)，幫助我們順利完成了本學(xué)期最后一次大物實驗！【原始數(shù)據(jù)記錄表格】1、標定測量顯微鏡：用綠色刻尺(每格 0.20mm)作為標準標定測量顯微鏡，測量顯微鏡編號 標準物y= mm (10格)，像y' =,顯微鏡物鏡放大率3 o= 2、望遠鏡實驗物鏡編號 ,物