實(shí)驗(yàn)1二次成像法測量薄透鏡焦距實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1二次成像法測量薄透鏡焦距實(shí)驗(yàn)1.1引言二次成像法測量焦距是通過兩次成像，測量出相關(guān)數(shù)據(jù)，通過成像公式計算出透鏡焦距。1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)會調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸。（2）掌握薄透鏡焦距的常用測定方法。（3）研究透鏡成像的規(guī)律。1.3實(shí)驗(yàn)原理由透鏡兩次成像求焦距方法如下：OOLI圖1-1透鏡兩次成像原理圖當(dāng)物體與白屏的距離時，保持其相對位置不變，則會聚透鏡置于物體與白屏之間，可以找到兩個位置，在白屏上都能看到清晰的像．如圖1-1所示，透鏡兩位置之間的距離的絕對值為，運(yùn)用物像的共扼對稱性質(zhì)，容易證明（1-1）上式表明．只要測出和，就可以算出．由于是通過透鏡兩次成像而求得的，這種方法稱為二次成像法或貝塞爾法．這種方法中不須考慮透鏡本身的厚度，因此用這種方法測出的焦距一般較為準(zhǔn)確．1.4實(shí)驗(yàn)步驟步驟1、按照“二次成像法測量薄透鏡焦距實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)裝配圖安裝實(shí)驗(yàn)器件。準(zhǔn)直透鏡Φ:40mmf:150mm顯微物鏡白屏目標(biāo)屏待測透鏡準(zhǔn)直透鏡Φ:40mmf:150mm顯微物鏡白屏目標(biāo)屏待測透鏡圖1-2兩次成像光路裝配圖步驟2、使目標(biāo)板與分劃板之間的距離l>4f’；步驟3、移動待測透鏡，使被照亮的目標(biāo)板在分劃板上成一清晰的放大像，記下待測透鏡的位置a1和目標(biāo)板與分劃板間的距離l；步驟4、再移動待測透鏡，直至在像屏上成一清晰的縮小像，記下待測透鏡的位置a2，判斷清晰像時在像屏位置放上反射鏡，當(dāng)目標(biāo)板成像與目標(biāo)圖案完全重合時，為清晰像；步驟5、計算：步驟6、重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，計算焦距，取平均值。

實(shí)驗(yàn)2望遠(yuǎn)系統(tǒng)的搭建和參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)2.1引言望遠(yuǎn)鏡是幫助人們看清遠(yuǎn)處物體以便觀察、瞄準(zhǔn)與測量的一種助視儀器，通過本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更加了解望遠(yuǎn)鏡原理，自己搭建望遠(yuǎn)鏡，測量相關(guān)參數(shù)。2.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)了解望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造及原理。（2）學(xué)習(xí)測定望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)的方法。（3）理解分辨本領(lǐng)的含義，測量系統(tǒng)角分辨率。2.3實(shí)驗(yàn)原理望遠(yuǎn)鏡是如何把遠(yuǎn)處的景物移到我們眼前來的呢？這靠的是組成望遠(yuǎn)鏡的兩塊透鏡。望遠(yuǎn)鏡的前面有一塊直徑大、焦距長的凸透鏡，名叫物鏡；后面的一塊透鏡直徑小焦距短，叫目鏡。物鏡把來自遠(yuǎn)處景物的光線，在它的后面匯聚成倒立的縮小了的實(shí)像，相當(dāng)于把遠(yuǎn)處景物一下子移近到成像的地方。而這景物的倒像又恰好落在目鏡的前焦點(diǎn)處，這樣對著目鏡望去，就好象拿放大鏡看東西一樣，可以看到一個放大了許多倍的虛像。這樣，很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的景物，在望遠(yuǎn)鏡里看來就仿佛近在眼前一樣。常見望遠(yuǎn)鏡可簡單分為伽利略望遠(yuǎn)鏡，開普勒望遠(yuǎn)鏡等。伽利略發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡在人類認(rèn)識自然的歷史中占有重要地位。它由一個凹透鏡（目鏡）和一個凸透鏡（物鏡）構(gòu)成。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，能直接成正像。但自從開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)明后此種結(jié)構(gòu)已不被專業(yè)級的望遠(yuǎn)鏡采用，而多被玩具級的望遠(yuǎn)鏡采用，所以又被稱做觀劇鏡。

開普勒望遠(yuǎn)鏡：原理由兩個凸透鏡構(gòu)成。由于兩者之間有一個實(shí)像，可方便的安裝分劃板，并且各種性能優(yōu)良，所以目前軍用望遠(yuǎn)鏡，小型天文望遠(yuǎn)鏡等專業(yè)級的望遠(yuǎn)鏡都采用此種結(jié)構(gòu)。但這種結(jié)構(gòu)成像是倒立的，所以要在中間增加正像系統(tǒng)。圖2-1開普勒望遠(yuǎn)鏡光路示意圖為能觀察到遠(yuǎn)處的物體，物鏡用較長焦距的凸透鏡，目鏡用較短焦距的凸透鏡。遠(yuǎn)處射來光線（視為平行光），經(jīng)過物鏡后，會聚在它的后焦點(diǎn)外離焦點(diǎn)很近的地方，成一倒立、縮小的實(shí)像。目鏡的前焦點(diǎn)和物鏡的后焦點(diǎn)是重合的。所以物鏡的像作為目鏡的物體，從目鏡可看到遠(yuǎn)處物體的倒立虛像，由于增大了視角，故提高了分辨能力，見圖2-1。當(dāng)觀測無限遠(yuǎn)處的物體時，物鏡的焦平面和目鏡的焦平面重合，物體通過物鏡成像在它的后焦面上，同時也處于目鏡的前焦面上，因而通過目鏡觀察時成像于無限遠(yuǎn)，此時望遠(yuǎn)鏡的放大率為：(2-1)由此可見，望遠(yuǎn)鏡的放大率等于物鏡和目鏡焦距之比。若要提高望遠(yuǎn)鏡的放大率，可增大物鏡的焦距或減小目鏡的焦距。當(dāng)用望遠(yuǎn)鏡觀測近處物體時，其成像的光路圖可用圖2-2來表示。圖中、和、分別為透鏡和成像時的物距和像距，是物鏡和目鏡焦點(diǎn)之間的距離，即光學(xué)間隔（在實(shí)用望遠(yuǎn)鏡中是一個不為零的小數(shù)量）。由圖2-2可得圖2-2觀察近處物體時望遠(yuǎn)鏡的光路圖故觀察近處物體時望遠(yuǎn)鏡的放大率為(2-2)在滿足近軸光線和薄透鏡條件前提下，利用透鏡成像公式，可得為了把放大的虛像與物體直接比較，必須使和處于同一平面內(nèi)，即要求。同時引入望遠(yuǎn)鏡鏡筒長度，并利用和兩個表達(dá)式，得(2-3)在測出、、和后，由式（2-3）可算出望遠(yuǎn)鏡的放大率。顯然當(dāng)物距時，因式(2-3)中括號內(nèi)的量接近于1，式（2-3）變回式（2-1）。望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)用它的最小分辨角來表示。由光的衍射理論知：式中，為照明光波的波長，D為望遠(yuǎn)鏡物鏡的孔徑，角度的單位是弧度。即兩個物體如果對望遠(yuǎn)鏡的張角小于（理論）值。則望遠(yuǎn)鏡將無法分辨它們是兩個物體（兩個物體重疊成一個像）。2.4實(shí)驗(yàn)步驟步驟1、按照“望遠(yuǎn)系統(tǒng)的搭建和參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)裝配圖安裝實(shí)驗(yàn)器件。雙凸透鏡Φ:40mmf:150mm平凸透鏡Φ:25.4雙凸透鏡Φ:40mmf:150mm平凸透鏡Φ:25.4mmf:38.1mm雙凸透鏡Φ:40mmf:150mm目鏡平行光管圖2-3望遠(yuǎn)系統(tǒng)的搭建和參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)示意圖步驟2、調(diào)節(jié)目鏡和測量系統(tǒng)的距離，使目鏡能清晰看到平行光管內(nèi)的像。步驟3、通過目鏡上的刻度測出平行光管內(nèi)分劃板兩條線之間的長度L’，L為分劃板兩線段間的實(shí)際長度。其放大率為步驟4、測出望遠(yuǎn)鏡的鏡筒長度l和物距l(xiāng)1，按照公式計算其放大率，并與實(shí)驗(yàn)觀察出來的放大率進(jìn)行比較。步驟5、替換物鏡（f=200）和目鏡（f=-40），搭建伽利略望遠(yuǎn)鏡，重復(fù)步驟2、步驟3、步驟4。步驟6、更換平行光管目標(biāo)物為分辨率板。通過調(diào)整望遠(yuǎn)系統(tǒng)逐組觀察分辨率板，直到剛能將某單元四個方向上的線條像全部分辨清楚，而下一單元的線條像不能全分辨為止。根據(jù)此單元號和分辨率板號，查表得該單元的線對數(shù)。再根據(jù)平行光管焦距f，求得待檢望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率為：α=

實(shí)驗(yàn)3顯微鏡搭建與光學(xué)系統(tǒng)分辨率檢測實(shí)驗(yàn)3.1引言顯微鏡主要是用來幫助人眼觀察近處的微小物體，顯微鏡與放大鏡的區(qū)別是二級放大。通過本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更了解顯微鏡的原理，自己搭建顯微鏡，測量相關(guān)參數(shù)。3.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)顯微鏡的原理及使用顯微鏡觀察微小物體的方法。（2）學(xué)習(xí)測定顯微鏡放大倍數(shù)的方法。（3）測量顯微鏡的分辨本領(lǐng)。3.3實(shí)驗(yàn)原理最簡單的顯微鏡是由兩個凸透鏡構(gòu)成。其中，物鏡的焦距很短，目鏡的焦距較長。它的光路如圖3-1所示。圖3-1簡單顯微鏡的光路圖圖中的Lo為物鏡（焦點(diǎn)在和），其焦距為；Le為目鏡，其焦距為。將長度為y1的被觀測物體AB放在Lo的焦距外且接近焦點(diǎn)Fo處，物體通過物鏡成一放大倒立實(shí)像(其長度為y2)，此實(shí)像在目鏡的焦點(diǎn)以內(nèi)，經(jīng)過目鏡放大，結(jié)果在明視距離D上得到一個放大的虛像（其長度為y3）。虛像對于被觀測物AB來說是倒立的。由圖3-1可見，顯微鏡的放大率為（3-1）式中，（因），為目鏡的放大率。（因比大得多），為物鏡的放大率。為顯微物鏡焦點(diǎn)到目鏡焦點(diǎn)之間的距離，稱為物鏡和目鏡的光學(xué)間隔。因此式（3-1）可改寫成（3-2）由式（3-2）可見，顯微鏡的放大率等于物鏡放大率和目鏡放大率的乘積。在、、和D為已知的情形下，可以利用式（3-2）算出顯微鏡的放大率。3.4實(shí)驗(yàn)步驟步驟1、按照“顯微鏡搭建與光學(xué)系統(tǒng)分辨率檢測實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)裝配圖安裝實(shí)驗(yàn)器件。平凸透鏡Φ:25.4mmf:38.1平凸透鏡Φ:25.4mmf:38.1mm光源目鏡分辨力板圖3