典型光学系统设计.doc

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1、一、实验目的：1.通过实验掌握望远镜和显微镜的基本原理,并在导轨和光具座上用透镜自组望远微镜2.通过实际测量,了解显微镜、望远镜的主要光学参量3.了解视觉放大率的概念并学习其测量方法二、实验原理：（一）光的可逆性原理当发光点（物）处在凸透镜的焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。光的可逆性原理：当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。借此原理可测量薄凸透镜的焦距，实验原理见下图1。当物P在焦点处或焦平面上时，经透镜后光是平行光束，经平面镜反射再经

2、透镜后成像于原物P处（记为Q）。因此，P点到透镜中心O点的距离就是透镜的焦距f。（二）自准法如上图2所示，将物AB放在凸透镜的前焦面上，这时物上任一点发出的光束经透镜后成为平行光，由平面镜反射后再经透镜会聚于透镜的前焦平面上，得到一个大小与原物相同的倒立实像A´B´。此时，物屏到透镜之间的距离就等于透镜的焦距f。（三）物距像距法如图所示。从物点A发出的光线经过凸透镜后成像于B点。如果在凸透镜和像点B之间放上一个待测凹透镜，调节，则像点B又移到了点。因此可把O2B看为凹透镜的物距u，O2看为凹透镜的像距v，则由成像公式可得（虚物的物距为负）-物距像距法测凹透镜焦距共轭法测凸透镜焦距（四）共

3、轭法(二次成像法或贝塞尔法)如图所示，设物和像屏之间的距离为(要求)，并保持不变。移动透镜，当在位置I处时，屏上将出现一个放大的倒立的实像。当透镜在位置Ⅱ处时，在屏上又得到一个缩小的倒立的实像，这就是物像共轭。根据透镜成像公式得知：　，若透镜在两次成像间的位移为，则从图4-8-4中可以看出　所以又可得只要测出、，即可计算出。共轭法的优点是把焦距的测量归结为对于可以精确测量的量和的测量，避免了测量和时，由于估计透镜光心位置不准带来的偏差。（五）辅助透镜成像法即是利用凸透镜成的实像作为凹透镜的虚物,最后经凹透镜成实像,根据物像公式计算出焦距,这是一种实验常用的实验方法。常用一个已知焦距的凸透

4、镜与之组合成为透镜组，物体发出的光线通过凸透镜后汇聚，在经凹透镜后成实像。如图所示。若令S2（大于0）为虚物的物距，S2为像距，根据透镜成像规律，由薄透镜的高斯公式：则凹透镜的焦距为：下图为测量凹透镜焦距的原理图：三、实验仪器：凸透镜、凹透镜、镜子、屏幕、光源等四、实验内容和步骤：1、自准法1）固定物屏，记录物屏的位置；2）移动凸透镜，并绕铅直轴略转动靠近透镜的平面镜，看到物屏上一个移动的像，用“左右逼近法”移动透镜使其成清晰的倒立实像于物平面上，记录此时透镜与光心在光具座上的坐标位置。2、物像法按照原理部分所述,并记下物和像的位置，再用公式计算。3、共轭法按照原理部分所述,固定物与像屏

5、的位置，多次调节透镜的位置，使其在像屏上出现放大像和缩小像，并记下物和像的位置，取其平均值，再用公式计算。4、辅助成像法1)先利用已知焦距的凸透镜得到实像。2)再在凸透镜与像之间放上凹透镜,移动像屏，则得到。3)测出物距和像距，代入公式，即可算出凹透镜焦距。4)改变正透镜的位子，反复测量。五、实验数据与处理：自准物透镜（坐标）110cm130cm由上述实验结果可知物象法物B透镜像放大-30cm0cm66cm200mm透镜缩小-50cm0cm35cm50mm透镜放大-8cm0cm14cm缩小-14cm0cm7.5cm由上述实验结果可知：200mm凸透镜：误差：50mm凸透镜误差：共轭法BO

6、1O2B'50mm130cm125.8cm97.6cm90cm200mm130cm103.3cm53.1cm26cm50mm凸透镜：误差200mm凸透镜：误差辅助成像物A凸O1凹像A'像A''130cm95cm41.7cm49cm46cm130cm95cm40.3cm49cm45.1cm物A凸O2凹像A'像A''130cm95cm52.3cm49cm29.1cm130cm95cm52.6cm49cm24cm凸O1：凸O2：六、误差分析：1、对于透镜成像的判断存在主观因素，会导致数据的偏差。2、光具座的标尺本身存在误差。七、思考题用共轭法测焦距有什么优点？物象法会因为透镜中心位置不易确实而

7、在测量中引进误差，而共轭法可以比较准确地求出焦距。八、附上原始数据：