實(shí)驗(yàn)4.2望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡

物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別機(jī)械系班級(jí)機(jī)械51班學(xué)號(hào)2005010409組號(hào)07C做實(shí)驗(yàn)日期2006年11月16日望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡一、試驗(yàn)?zāi)康?、了解望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的構(gòu)造及其放大原理，并掌握其使用方法；2、了解視放大率等的概念并掌握其測(cè)量方法；3、進(jìn)一步熟悉透鏡成像的規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)原理望遠(yuǎn)鏡主要用于觀察遠(yuǎn)處的目標(biāo)，顯微鏡主要用于觀察近處的微小物體，它們的作用都是增大被觀察物對(duì)人眼的張角，起著視角放大的作用。兩者的光學(xué)系統(tǒng)比較相似，都是由物鏡和目鏡組成，物體先通過物鏡成一中間相，再通過目鏡來觀察。兩者對(duì)物體的放大能力都是通過視放大率來表示的。（1）望遠(yuǎn)鏡1、望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)基本的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)是由物鏡和目鏡組成的無焦系統(tǒng)，物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合。無窮遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光經(jīng)物鏡焦平面上成一倒立縮小的實(shí)像，再利用目鏡（短焦距）將此實(shí)像成像于無窮遠(yuǎn)處，是視角增大，利于人眼觀察。圖中所示望遠(yuǎn)鏡的物鏡與目鏡均為會(huì)聚透鏡，成為開普勒望遠(yuǎn)鏡，其優(yōu)點(diǎn)是可以在物鏡與目鏡之間的像平面上安裝分劃板以供瞄準(zhǔn)或測(cè)量。使用時(shí)，應(yīng)先調(diào)節(jié)目鏡看清分劃板，使分劃板成像于人眼明視距離處，在調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡筒長(zhǎng)度（改變物鏡、目鏡間的距離），使被觀察物清晰可見并與分劃板的叉絲或橫線無視差。2、望遠(yuǎn)鏡的視放大率視放大率定義為目視光學(xué)儀器所成的像對(duì)人眼的張角的正切與物體直接對(duì)人眼的張角的正切之比，即對(duì)于上圖的望遠(yuǎn)鏡，根據(jù)其幾何光路知，因此，望遠(yuǎn)鏡的視放大率為式中、分別是的物方焦距、像方焦距，=。如果物鏡和目鏡焦距已知，則由此式可以計(jì)算出望遠(yuǎn)鏡的視放大率。故本式可以作為望遠(yuǎn)鏡視放大率的理論計(jì)算公式。實(shí)際測(cè)量時(shí)可以利用下圖的光路。當(dāng)物y較近，物距較小，即<（1+/）時(shí)，物鏡所成的像會(huì)位于點(diǎn)的右側(cè)（實(shí)像）或的左側(cè)（虛像），經(jīng)目鏡后，即成縮小的實(shí)像于點(diǎn)右側(cè)，測(cè)出，可得：，因此無焦系統(tǒng)的視放大率可以測(cè)出。3、物像共面時(shí)的視放大率當(dāng)望遠(yuǎn)鏡的被觀察物位于有限遠(yuǎn)時(shí)，望遠(yuǎn)鏡的視放大率可以通過目鏡把像推遠(yuǎn)到與物y在一個(gè)平面上來測(cè)量，如下圖。此時(shí)，式中L為遠(yuǎn)處物體到目鏡的距離。于是可以得出望遠(yuǎn)鏡物像共面時(shí)的視放大率為，還根據(jù)幾何關(guān)系可以推出，顯然此時(shí)的放大率與物、像都在無窮遠(yuǎn)時(shí)的視放大率不完全相同，但當(dāng)物距大于20倍物鏡的焦距時(shí)，兩者的差別就不太明顯了。（2）顯微鏡1、顯微鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)顯微鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)如下圖，其物鏡和目鏡都是會(huì)聚透鏡，位于物鏡物方焦點(diǎn)外側(cè)附近的微小物體經(jīng)物鏡后先成一放大的實(shí)像，此實(shí)像在京目鏡成像于無窮遠(yuǎn)處，兩次放大都使得視角增大。顯微鏡物鏡的像方焦點(diǎn)之間的距離稱為顯微鏡的光學(xué)間隔，放大倍數(shù)一定是，光學(xué)間隔、鏡筒長(zhǎng)度也固定不變。常用顯微鏡如工具顯微鏡、讀數(shù)顯微鏡等物鏡與目鏡之間的中間像平面上也安裝有分劃板利于瞄準(zhǔn)或測(cè)量。實(shí)際上顯微鏡所成的像同樣不是在無窮遠(yuǎn)處而是在明視距離處。使用時(shí)要先進(jìn)行適度調(diào)節(jié)是分劃板叉絲的像位于人眼明視距離處，再調(diào)整顯微鏡與被觀察物之間的距離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(duì)人眼的張角的正切與物在明視距離D=250mm處時(shí)直接對(duì)人眼的張角的正切之比。如下圖所示，其視放大率可通過三角關(guān)系得：式中為物鏡的線放大率，為目鏡的視放大率。當(dāng)顯微鏡成虛像于距目鏡為的位置上，且眼瞳位于目鏡后焦點(diǎn)處觀察時(shí)，顯微鏡的視放大率為，形式上等同于式，但是中間像并不在目鏡的物方焦平面上，。特別當(dāng)時(shí)視放大率的測(cè)量可以通過有關(guān)于主光軸成45度的班頭半反鏡把一帶小燈的標(biāo)尺成虛像至顯微鏡的像平面，直接比較測(cè)量像長(zhǎng)，即可得出視放大率（3）測(cè)量顯微鏡它有線放大率為固定值得物鏡與測(cè)微目鏡組成，使用時(shí)調(diào)整測(cè)量顯微鏡位置使得成像在叉絲平面上，則像的實(shí)際大小為側(cè)位目鏡測(cè)量值除以。三、實(shí)驗(yàn)器具望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)：物鏡一件，目鏡一件，測(cè)量顯微鏡一件，豎直標(biāo)尺一件，導(dǎo)軌一臺(tái)，滑塊若干，像屏一件；顯微鏡實(shí)驗(yàn)：物鏡一件，目鏡一件，半透半反鏡一件，玻璃標(biāo)尺一件，帶小燈的毫米標(biāo)尺一件，木尺一把，導(dǎo)軌一臺(tái)，滑塊若干。四、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：自己組裝望遠(yuǎn)鏡，并測(cè)量望遠(yuǎn)鏡無焦系統(tǒng)的視放大率，測(cè)量物距為離望遠(yuǎn)鏡物鏡65.00cm且物像共面時(shí)的視放大率。實(shí)驗(yàn)中用日光燈照量豎直標(biāo)尺作為物，并作共軸調(diào)節(jié)。測(cè)量物鏡與目鏡焦點(diǎn)重合的望遠(yuǎn)鏡的視放大率時(shí)使透鏡間距為，用測(cè)量顯微鏡測(cè)出豎直標(biāo)尺上5小格經(jīng)望遠(yuǎn)鏡后所成像的大小，重復(fù)測(cè)量三次的平均值，計(jì)算出視放大率，并比較實(shí)驗(yàn)至于理論值，計(jì)算相對(duì)偏差。測(cè)物像共面時(shí)的視放大率先取物距=65.00cm。移動(dòng)目鏡，使從目鏡中能夠看到豎直標(biāo)尺得像，接著用一只眼睛從望遠(yuǎn)鏡外直接觀察豎直標(biāo)尺，另一只眼睛通過望遠(yuǎn)鏡看標(biāo)尺，一邊輕輕晃動(dòng)眼睛，一邊緩慢移動(dòng)目鏡位置，是標(biāo)尺與其像之間基本沒有視差。測(cè)出與標(biāo)尺像上n格所對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺上的m格，最后求出視放大率的平均值，并比較實(shí)驗(yàn)值與理論值的相對(duì)偏差。顯微鏡實(shí)驗(yàn)要求自己組裝一臺(tái)觀察點(diǎn)位于目鏡后焦點(diǎn)、成像于人眼明視距離D=250mm處、視放大率為20倍的顯微鏡，并實(shí)際測(cè)量其視放大率。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先利用所提供物鏡、目鏡的焦距設(shè)計(jì)、計(jì)算物鏡與目鏡間的間距，求出中間像距物鏡、目鏡的間距、，即可得出=+。實(shí)驗(yàn)時(shí)按計(jì)算值在光具座上安裝好一臺(tái)顯微鏡，以帶綠色小燈的玻璃標(biāo)尺作物，調(diào)節(jié)物距，通過目鏡看清楚此綠色標(biāo)尺的像。使通過P看到的毫米標(biāo)尺AB的像與玻璃標(biāo)尺的像間消失視差。若綠色標(biāo)尺上n格與毫米標(biāo)尺的m分格等大，則其中t為毫米標(biāo)尺的分格值1.0mm，為玻璃標(biāo)尺的分格值0.20mm。共需測(cè)量三次，求平均視放大率，并于設(shè)計(jì)值比較，計(jì)算相對(duì)偏差。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其處理1、標(biāo)定測(cè)量顯微鏡用綠色刻尺作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量顯微鏡，標(biāo)準(zhǔn)物y=5*0.20mm=1.00mm，像=5.000mm-4.060mm=0.940mm，計(jì)算得=0.940。2、望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)=15.40cm，=3.18cm，E字高y=14.20.1mm焦點(diǎn)重合時(shí)求物屏位置110.00cm，物鏡位置=45.00cm，目鏡位置=26.42cm測(cè)量顯微鏡位置16.50cm測(cè)量序號(hào)123上端線位置/mm4.3704.3354.320下端線位置/mm1.5601.5501.550像高/mm2.8102.7852.770得=2.788mm，5.09，理論值4.84，相對(duì)偏差為=5.16%物像共面時(shí)求物屏位置110.00cm，物鏡位置45.00cm，目鏡位置22.55cm測(cè)量序號(hào)123像高/格111像對(duì)應(yīng)標(biāo)尺/格888視放大率888得=8，理論值=8.85，相對(duì)偏差為9.60%3、顯微鏡實(shí)驗(yàn)物鏡=4.86cm，目鏡=3.18cm，計(jì)算中間像距物鏡和目鏡的距離：=17.22cm，=2.78cm，得出=+=20.00cm。物支持桿位置51.40cm，物距物支持桿距離45mm，=40.00cm，=20.00cm，半透半反鏡位置P=14.50cm，得出標(biāo)尺位置=D+（）=27.32cm測(cè)量序