薄透鏡焦距測(cè)量及自組顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡

1、薄透鏡焦距測(cè)量及自組顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】1. 了解和掌握透鏡焦距的簡(jiǎn)單測(cè)量方法2. 掌握顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其調(diào)節(jié)和使用方法【儀器用具】 米光具座、透鏡夾持架、凸透鏡三個(gè)、半透半反鏡、平面鏡、分化板、鎢燈光源【預(yù)習(xí)重點(diǎn)】1 .自準(zhǔn)法測(cè)量透鏡的原理2. 位移法測(cè)量透鏡焦距的原理3. 顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的工作原理4. 顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)的定義及測(cè)量中如何運(yùn)用的【背景知識(shí)】1 .自準(zhǔn)法：自準(zhǔn)法是自準(zhǔn)直技術(shù)的簡(jiǎn)稱，它在平行光管和測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整、測(cè)量球面和非球面的面型以及測(cè)量透鏡或光學(xué)系統(tǒng)的焦距等方面有著廣泛應(yīng)用，是幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)中圖1自準(zhǔn)直法測(cè)量透鏡焦距經(jīng)常采樣用的一種實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

2、無限遠(yuǎn)的物經(jīng) 透鏡成象，象處在透鏡的焦平面上。準(zhǔn)直技 術(shù)在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中通常是指產(chǎn)生平行光束或獲 得處于無限遠(yuǎn)的物的方法。自準(zhǔn)法測(cè)量透鏡 焦距就是首先利用待測(cè)透鏡自身產(chǎn)生一個(gè)位 于無限遠(yuǎn)的物，再用待測(cè)透鏡對(duì)它成象，通 過測(cè)量象與透鏡之間的距離來確定透鏡的焦 距。自準(zhǔn)直法測(cè)量透鏡焦距的原理如圖1所示。當(dāng)物y位于透鏡的焦平面上時(shí)， 經(jīng)透鏡L 和平面反射鏡所組成的光學(xué)系統(tǒng)后，如果在 焦平面上成一與物等大的到立實(shí)象，物到透 鏡中心的距離就是透鏡的焦距。2所示。首先選定物象間的距離A。2.位移法又稱貝塞爾法或二次成象法。測(cè)量原理如圖A2 d24A如果透鏡在這個(gè)距離間能有兩個(gè)成象位置，兩個(gè)成象位置之間的距離為

3、d。從理論上可知，只要 A 4f',上述公式都成立，在實(shí)驗(yàn)之前思 考一下，在實(shí)驗(yàn)中這個(gè)條件還成 立嗎如果不成立，原因是什么3. 顯微鏡是一種助視光學(xué)儀器。顯 微鏡是用來觀察和測(cè)量有限遠(yuǎn) 微小目標(biāo)的工具，光學(xué)顯微鏡根 據(jù)具體用途可分為許多種類，在 實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常遇到的是生物顯微鏡、體視顯微鏡、工具顯微鏡、偏光顯微鏡和讀數(shù)顯微鏡等。生物顯微鏡的視放大率較 大，在物理實(shí)驗(yàn)中它主要是作為觀察工具，用來觀察一些微小結(jié)構(gòu)特征；生物顯微鏡的有兩個(gè)特點(diǎn)，通過它觀察到的是樣品的倒像，它有一個(gè)物鏡轉(zhuǎn)換裝置用來快速更換不同放大倍率目鏡。體視顯微鏡由兩個(gè)視放大率相同，具有倒像系統(tǒng)的顯微鏡的組成， 兩個(gè)鏡筒可以按使

4、用者的視角，將被觀察樣品分別成像與左右兩眼，使樣品表面的凹凸結(jié)構(gòu)非常清晰，所觀察到的是樣品的正像，同時(shí)它的物鏡工作距離較大，在借助它在觀察樣品的同時(shí)，也可以對(duì)樣品進(jìn)行所需的操作。 工具顯微鏡是幾何尺寸測(cè)量常用的一種儀器， 借助精密導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)盤使顯微鏡或樣品可以按照直角坐標(biāo)系或極坐標(biāo)系移動(dòng)，通過顯微鏡瞄準(zhǔn)，從而完成對(duì)樣品的長(zhǎng)度或角度以及各種幾何形狀的精密測(cè)量。偏光顯微鏡是利用偏振光的干涉原理來檢驗(yàn)晶體各向異性，在物理和光學(xué)實(shí)驗(yàn)中它經(jīng)常被用來檢驗(yàn)偏振器件，它也是地礦部門不可缺少的一種儀器。讀數(shù)顯微鏡是物理實(shí)驗(yàn)最常用的一種顯微鏡， 它主要用來進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量，測(cè)量范圍在幾十到幾百毫米， 測(cè)量精度一般在毫米

5、。光學(xué)顯 微鏡從功能上來看顯微鏡更像個(gè)放大鏡，但比放大鏡具有更大的視放大率。r被觀察的物yi處在物鏡前面一倍焦距和二倍焦距之間，它經(jīng)物鏡在目鏡的焦平面上成 一放大的倒立實(shí)象 y2,通過目鏡后成一倒立的虛象 y3于無限遠(yuǎn)處。顯微鏡的視角放大率為：250fo' fe由上式可知，顯微鏡的視角放大率等于它的物鏡的垂軸放大率和目鏡的視角放大率的 乘積。4.的視角小于人眼的分辨極限時(shí)，人們必須借助此儀器才能分辨它。望遠(yuǎn)鏡有兩種基本類型：開普勒望遠(yuǎn)鏡和伽利略望遠(yuǎn)鏡。開普勒望遠(yuǎn)鏡的目鏡和物鏡均為正透鏡。伽利略望遠(yuǎn)鏡目鏡是負(fù)透鏡（凹透鏡），而物鏡是正透鏡。伽利略望遠(yuǎn)鏡與開普勒望遠(yuǎn)鏡相比， 在相同的視角放

6、大率時(shí)， 不但體積小而且重量輕。 但它也有一致命的缺點(diǎn)，由于目鏡到物鏡的距離小于物鏡的焦距，所以在物鏡與目鏡的共焦面上的象是虛像。因此，伽利略望遠(yuǎn)鏡中不能安置用于測(cè)量的分化板，使它的用途受到勒極大的限制。目前伽利略望遠(yuǎn)鏡主要用于民用和激光擴(kuò)束。而開普勒望遠(yuǎn)鏡可以安置分化板，目前它在計(jì)量?jī)x器和軍用光學(xué)儀器中得到了廣泛的應(yīng)用。在許多情況下，用望遠(yuǎn)鏡所觀察的物體并非處于無線遠(yuǎn)，這時(shí)通過改變物鏡和目鏡之間的距離進(jìn)行調(diào)焦， 使物體通過物鏡所成的實(shí)像位于目鏡的物方焦平面以內(nèi)，再經(jīng)目鏡在明視距離外成一虛像。其光路如圖4所示。望遠(yuǎn)鏡在觀察有限遠(yuǎn)物體時(shí)的視角放大 率為tgS2 （S S2 S3）tgS S35.

7、 自組顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡并測(cè)量其視角放大率選擇合適的透鏡作顯微鏡的物鏡和目鏡（實(shí)驗(yàn)中如何調(diào)整使光學(xué)系統(tǒng)共軸）。固定兩透鏡之間的距離為 180mm，為估測(cè)顯微鏡的放大率，在目鏡后面放置一個(gè)與光軸成 45°的半透半反鏡，并在與光軸垂直方向上相距25cm處放置分化板 &，分化板Si、S>是完全相同的，此時(shí)，眼睛可以同時(shí)看到Si經(jīng)過顯微鏡放大的像和 S2未放大的像。稍許調(diào)節(jié)Si的位置，使兩個(gè)像之間無相對(duì)視差（如有視差，將如何解決），從對(duì)應(yīng)的刻線距離測(cè)量顯微鏡的視角放大率。圖5估測(cè)顯微鏡放大倍數(shù)選擇焦距合適的兩塊透鏡做望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡。使作為物的分化板和望遠(yuǎn)鏡目鏡之間的距離在導(dǎo)軌上盡量達(dá)到最大，通過移動(dòng)目鏡使望遠(yuǎn)鏡對(duì)分化板能清楚的成像。這時(shí)，用一只眼睛