薄透鏡焦距測量及自組顯微鏡、望遠鏡

1、word薄透鏡焦距測量及自組顯微鏡、望遠鏡【學(xué)習(xí)重點】1. 了解和掌握透鏡焦距的簡單測量方法2. 掌握顯微鏡和望遠鏡的根本結(jié)構(gòu)、工作原理及其調(diào)節(jié)和使用方法【儀器用具】1.5米光具座、透鏡夾持架、凸透鏡三個、半透半反鏡、平面鏡、分化板、鎢燈光源【預(yù)習(xí)重點】1 自準法測量透鏡的原理2 位移法測量透鏡焦距的原理3 顯微鏡和望遠鏡的工作原理4 顯微鏡和望遠鏡放大倍數(shù)的定義及測量中如何運用的【背景知識】圖1 自準直法測量透鏡焦距1 自準法：自準法是自準直技術(shù)的簡稱，它在平行光管和測量望遠鏡的調(diào)整、測量球面和非球面的面型以及測量透鏡或光學(xué)系統(tǒng)的焦距等方面有著廣泛應(yīng)用，是幾何光學(xué)實驗中經(jīng)常采樣用的一種實驗技

2、術(shù)。無限遠的物經(jīng)透鏡成象，象處在透鏡的焦平面上。準直技術(shù)在光學(xué)實驗中通常是指產(chǎn)生平行光束或獲得處于無限遠的物的方法。自準法測量透鏡焦距就是首先利用待測透鏡自身產(chǎn)生一個位于無限遠的物，再用待測透鏡對它成象，通過測量象與透鏡之間的距離來確定透鏡的焦距。自準直法測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，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象，物到透鏡中心的距離就是透鏡的焦距。圖2 位移法測量透鏡焦距2 位移法又稱貝塞爾法或二次成象法。測量原理如圖2所示。首先選定物象間的距離A。如果透鏡在這個距離間能有兩個成象位置，兩個成象位置之間的距離為d。從理

3、論上可知，只要，上述公式都成立，在實驗之前思考一下，在實驗中這個條件還成立嗎？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量有限遠微小目標的工具，光學(xué)顯微鏡根據(jù)具體用途可分為許多種類，在實驗中經(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，在物理實驗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特點，通過它觀察到的是樣品的倒像，它有一個物鏡轉(zhuǎn)換裝置用來快速更換不同放大倍率目鏡。體視顯微鏡由兩個視放大率相同，具有倒像系統(tǒng)的顯微鏡的組成，兩個鏡筒可以按使用者的視角，將被觀察樣品分別成像與左右兩眼

4、，使樣品外表的凹凸結(jié)構(gòu)非常清晰，所觀察到的是樣品的正像，同時它的物鏡工作距離較大，在借助它在觀察樣品的同時，也可以對樣品進行所需的操作。工具顯微鏡是幾何尺寸測量常用的一種儀器，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系或極坐標系移動，通過顯微鏡瞄準，從而完成對樣品的長度或角度以及各種幾何形狀的精密測量。偏光顯微鏡是利用偏振光的干預(yù)原理來檢驗晶體各向異性，在物理和光學(xué)實驗中它經(jīng)常被用來檢驗偏振器件，它也是地礦部門不可缺少的一種儀器。讀數(shù)顯微鏡是物理實驗最常用的一種顯微鏡，它主要用來進行長度測量，測量范圍在幾十到幾百毫米，測量精度一般在0.01毫米。光學(xué)顯微鏡從功能上來看顯微鏡更像個放大鏡

5、，但比圖3顯微鏡的工作原理放大鏡具有更大的視放大率。被觀察的物y1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象y2，通過目鏡后成一倒立的虛象y3于無限遠處。顯微鏡的視角放大率為： 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。圖4 觀察有限遠物體時的望遠鏡光路4 望遠鏡也是一種助視儀器，用來幫助人們觀察遠處物體，當(dāng)位于遠處物體的細節(jié)對眼睛的視角小于人眼的分辨極限時，人們必須借助此儀器才能分辨它。望遠鏡有兩種根本類型：開普勒望遠鏡和伽利略望遠鏡。開普勒望遠鏡的目鏡和物鏡均為正透鏡。伽利略望遠鏡目鏡是負透鏡凹透鏡，而物鏡是正透鏡。

6、伽利略望遠鏡與開普勒望遠鏡相比，在相同的視角放大率時，不但體積小而且重量輕。但它也有一致命的缺點，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，伽利略望遠鏡中不能安置用于測量的分化板，使它的用途受到勒極大的限制。目前伽利略望遠鏡主要用于民用和激光擴束。而開普勒望遠鏡可以安置分化板，目前它在計量儀器和軍用光學(xué)儀器中得到了廣泛的應(yīng)用。在許多情況下，用望遠鏡所觀察的物體并非處于無線遠，這時通過改變物鏡和目鏡之間的距離進行調(diào)焦，使物體通過物鏡所成的實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。望遠鏡在觀察有限遠物體時的視角放大率為5.

7、自組顯微鏡和望遠鏡并測量其視角放大率選擇適宜的透鏡作顯微鏡的物鏡和目鏡實驗中如何調(diào)整使光學(xué)系統(tǒng)共軸？。固定兩透鏡之間的距離為180mm，為估測顯微鏡的放大率，在目鏡后面放置一個與光軸成450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S2，分化板S1、S2是完全相同的，此時，眼睛可以同時看到S1經(jīng)過顯微鏡放大的像和S2未放大的像。稍許調(diào)節(jié)S1的位置，使兩個像之間無相對視差如有視差，將如何解決？，從對應(yīng)的刻線距離測量顯微鏡的視角放大率。 圖5 估測顯微鏡放大倍數(shù)選擇焦距適宜的兩塊透鏡做望遠鏡的物鏡和目鏡。使作為物的分化板和望遠鏡目鏡之間的距離在導(dǎo)軌上盡量到達最大，通過移動目鏡使望遠鏡對分化板能清楚的成像。這時，用一只眼睛通過望