简单光学显微镜望远镜的组装与改进

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1、普通物理实验C课程论文题目简单显微镜望远镜的组装与改进学院物理科学与技术学院　专业　年级　学号姓名xxx　指导教师论文成绩(80)答辩成绩2011年12月9日简单显微镜望远镜的组装与改进摘要：本文主要介绍望简单远镜和显微镜的构造及其成像原理，并对实验的加以改进，加深对于几何光学透镜成像的理解。关键词：几何光学；视觉放大率；望远镜；显微镜引言：显微镜是最常用的助视光学仪器，且常被组合在其他光学仪器中。因此，了解并掌握它的构造原理和调整方法，了解并掌握其放大率的概念和测量方法，不仅有助于加深理解透镜的成像规律，也有助于正确使用其他光学仪器。自从伽利略开始用自己组装的望远镜开始

2、观察宇宙以后，人类的天文学便获得了极大的发展，从此之后各种天文望远镜层出不穷，现在哈勃望远镜在太空中观察着宇宙，试图告诉我们宇宙深层次的秘密。一、实验原理显微镜的发明及应用使得生物学、物理学、化学等学科获得了极大的发展，现在扫描隧道显微镜已经可以看到原子的活动。学习组装最简单的望远镜、显微镜对我们了解它们的原理有着极大的作用。（一）、光学仪器的视觉放大率[1]显微镜被用于观测微小的物体，望远镜被用于观测远处的目标，它们的作用都是将被观测的物体对人眼的张角（视角）加以放大。显然，同一物体对人眼所张的视角与物体离人眼的距离有关。在一般照明条件下，正常人的眼睛能分辨在明视距离处

3、相距为0.05～0.07mm的两点。此时，这两点对人眼所张的视角约为1＇，称为最小分辨角。当微小物体（或远处物体）对人眼所张视角小于此最小分辨角时，人眼将无法分辨，因而需借助光学仪器（如放大镜、显微镜、望远镜等）来增大物体对人眼所张的视角。这是助视光学仪器的基本工作原理，它们的放大能力可用视觉放大率表示，其定义为式中ω为明视距离处物体对眼睛所张的视角，ω＇为通过光学仪器观察时在明视距离处的成像对眼睛所张的视角。（二）、显微镜1、显微镜的基本光学系统显微镜的物镜、目镜都是会聚透镜，位于物镜物方焦点外侧附近的微小物体经物镜放大后先成一放大的实像，此实像再经目镜成像于无穷远处，

4、这两次放大都使得视角增大。为了适于观察近处的物体，显微镜的焦距都很短。图1显微镜基本光学系统2、显微镜的视放大率。显微镜的视放大率定义为像对人眼的张角的正切和物在明视距离D=250㎜处时直接对人眼的张角的正切之比。于是由三角关系得其中，为物镜的线放大率，为目镜的视放大率。从上式可看出，显微镜的物镜、目镜焦距越短，光学间隔越大，显微镜的放大倍数越大。图2　显微镜成像光路图由上式可见，显微镜的放大率等于物镜放大率和目镜视觉放大率的乘积。在、和D的值已知的情形下，可利用上式算出显微镜的视觉放大率。显微镜通常配有一套不同放大率的物镜和目镜，可供选用。例如，使用20×物镜和5×目镜

5、的显微镜，它的视觉放大率。一般显微镜的放大率为几十倍（二）、望远镜1、望远镜的基本光学系统无穷远处物体发出的光经物镜后在物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。图3　望远镜的基本光学系统2、望远镜的视觉放大率。记目视光学仪器所成的像对人眼的张角为ω’，物体直接对人眼的张角为ω，则视放大率由几何光路可知因此，望远镜的视放大率实际测量望远镜无焦系统的视放大率时，利用图二所示的光路图。当物y较近时，即物距时，物镜所成的像会位于Oe右侧（实像）或左侧（虚像），经目镜后，即成缩小的实像y’’，于是视放大率图4　测望远镜的视放大率图

6、3、物像共面时的视放大率。[2]当望远镜的被观测物位于有限远时，望远镜的视放大率可以通过移动目镜把像y’’推远到与物y在一个平面上来测量。如图三。此时于是可以得到望远镜物像共面时的视放大率可见，当物距L1大于20倍物镜焦距时，它和无穷远时的视放大率差别很小。图5　测望远镜物象共面时的视放大率4、伽利略望远镜[3]如图所示，伽利略望远镜由正透镜的物镜和负透镜的目镜组成，物镜的像方焦点重合并位于望远镜的外部。当不考虑眼瞳的作用时，物镜框就是系统的入射光瞳，经目镜成的是虚像，位于目镜的前方o1、o2是系统的出瞳，眼睛无法与之重合。当考虑眼睛时，眼睛就是出射光瞳，出瞳经系统成的像

7、就是入瞳。图６伽利略望远镜光路图伽利略望远镜的优点是镜筒短，光能损失小，结构简单便于携带。但它没有中间实像不能放置分划板。不能进行计量，另外有渐晕。因此只能作辅助性的观察，应用不及开普勒望远镜广泛。望远镜的放大率二、实验本实验要用到光学平台，小照明光源，微尺，物镜，目镜，45°玻璃架，，毫米尺，白光源，白屏，若干光学支架和底座。先按图2组装简单的显微镜，调正好距离并测定显微镜的放大率。组装简单的开普勒望远镜和伽利略望远镜并测定其放大率。（一）、验数据记录及数据处理表1显微镜数据记录实验次数123456像的大小（mm）19.01