实验二自组望远镜

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1、实验二自组望远镜一、实验目的(1)了解望远镜的工作原理和用途。(2)掌握构建望远镜的光路和元件。(3)测试望远镜的视放大率。二、原理概述望远镜也是由物镜和目镜组成，是用来把远处物体的观察视角放大的仪器(望远镜所成像对人眼的视角大于物体本身对人眼的视角)，由于物体位子距物镜很远的地方，故望远镜只能起到把物体拉近的作用，也就是它的线放大倍数通常小于一，而视角放大倍数是大于一的。如(图2-1)所示,物镜把远处物体成像在像方焦点附近(外侧)，为一缩小的倒立实像。目镜进一步把此实像放大为虚像，以提高其观察视角。由前述可知，物镜的像方焦

2、点和目镜的物方焦点是大致重合的。当用在观测无限远物体时，物镜的像方焦点和0镜的物方焦点重合，光学间隔A=0。当用在观测有限距离的物体时，物镜和目镜的光学间隔是一个不为零的小量。一般研宄，可认为望远镜是由光学间隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。不难证明(参阅《物理光学与应用光学》相关内容P379-384)望远镜的视角放大率??f'tan?'D??'l??(2-1)tan?D'f2'2式中f'l是物镜像方焦距，f是目镜像方图2-1望远镜光路图''焦距，D为入瞳直径(

3、也是物镜孔径)，D'为出瞳直径。当物镜和冃镜都为正焦距(fl?0,f2?0)的光学系统时，如幵普勒(Kepler)望远镜，则放大率r为负值，系统成倒立的像；当物镜的焦距为正(fi?o)，目镜的焦距为负(f2?0)时，如伽里略(Galileo)望远镜，则放大率r为正值，系统成正立的像；望远镜的视角放大率与仪器的精度(极限分辨角)、目镜的结构型式(正、负透镜)、望远镜的视场角、仪器的尺寸等因素有关。可证明(参阅《物理光学与应用光学》相关内容)望远镜的最小视放大率为''60nD????0.5D(2-2)"2

4、.3(D)此式求出的袖放大率称为正常放大率。若考虑望远镜观测时不易疲劳,设计望远镜时宜用大于正常放人率，即工作放大率作为望远镜的视放大率(工作放大率常为正常放大率的1.5-25倍)。由(2-1)式看出望远镜的物方视场2?与望远镜的视角放大倍数成反比。当目镜的类型确定后，它所对应的像方视角?就一定，要求增大视放大率r必然要引起视场角？的减小。因此，视放人率总是与望远镜的视场角一起考虑的。例如军用望远镜，为了易于找到B标，希望有尽可能大的视场角，望远镜的视放大率就不宜过大。'三、实验仪器及注意事项标尺一个光源二维架(SZ

5、—19)目镜Le(f=45mm)一个物镜Lo(f=225mm)一个一个二维平移底座(SZ—02)—个注意事项：(1)所有光学镜片，不能用手摸，不能对着哈气。用后放入干燥箱内。如果发现有不清洁现象，应交教师处理。(2)构建光路时，可用细激光束作光轴。(3>构建光路的所有镜子和光学元件的中心，必需事先和光轴放在统一高度上。四、实验内容(1)按(图2-1)组成开普勒望远镜，两镜之间距离约为f'l+f2。(2)在距物镜约3m远处放上一标尺，并用灯照明。再对标尺调焦(即微调0镜沿光轴的位置)直到看清标尺为止。然后，对准两个红色

6、指标间的“E”字(距离d=5cm),这就是物体尺寸。(3>—只眼睛通过望远镜盯着物体，再用另一只眼睛直接注视标尺，经适应性练习，在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度d,则望远镜的测量放大率为厂实测=d(2-3)5cm(1)用(2-1)计算理论放大率r理论并作比较。由于标尺所放的距离较近，故望远镜放大率的理论值可做如下修正I’实测=?sS?fo(2-4)式中S式物体到物镜的距离。五、思考问题(1)望远镜为什么不能将物体的尺寸放大？(2｝望远镜的物镜对像差的要求为什么没有显微镜高

7、，也没有照相机(1)为什么望远镜的焦距要做得较长，相应的口径也要做大？