自组显微镜教案.docVIP

中 原 工 学 院 理 学 院 教 案 专 用 纸 组装显微镜和望远镜 1 实验目的 掌握光学系统的共轴调节方法 熟悉望远镜和显微镜的构造和放大原理 学会望远镜和显微镜放大率的测量 2 实验原理 显微镜主要用于观察近处的微小物体，望远镜主要用于观察远处的目标，他们的作用都是增大被观察物对人眼的张角，起着视角放大的作用。两者的光学系统比较近似，都是由物镜和目镜组成，物体首先通过物镜成一中间像，再通过目镜来观察。两者对物体的放大能力都是通过视放大率来表示。 2.1显微镜原理 最简单的显微镜是由两组透镜构成的： 物镜（焦距很短），目镜（惠更斯目镜）。 物体位于物镜（objective）前方，离开物镜的距离大于物镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。 经物镜以后，物体形成一个倒立的放大的实像I1。I1靠近目镜（eyepiece）焦点Fe的位置上，再经目镜放大为虚像I2后供眼睛观察。 ∵物镜和目镜所组成的复合光具组的焦距为： 显微镜的光路图 ∴整个显微镜（当作一个简单放大镜）的放大本领为： 2.2 望远镜原理 望远镜是帮助人眼对远处的物体进行观察的光学仪器。其种类繁多，但其光学系统都是有物镜和目镜组成的，且都放在镜筒里。 按其镜筒数目分：单筒、双筒； 按其物镜形式分：反射式、折射式、折反射式； 按其目镜形式分：开普勒式(会聚透镜)、伽利略式(发散透镜); 按其用途分： ①天文望远镜：射电、红外、 紫外、 x光望远镜等; ②普通望远镜：读数(实验用)、棱镜(双筒、军事、观剧、旅游、球赛等)； ③特殊望远镜：天文、遥感、宇航、导弹跟踪、高空摄影、激光测距等。 开普勒望远镜 两个会聚透镜（物镜、目镜），折射式。 物镜像方焦点F1ˊ和目镜物方焦点F2重合。 可见： 1. 2. ，像是倒立的 。 伽利略望远镜 讨论： 1.共同点: ①.望远光具组: 光学间隔 特点：平行光束通过时，透射出来的仍是平行光，但方向改变。整个光具组的焦点和主平面都是在无限远处。 ②二者的横向放大率β都小于1（像是缩小的）.可见M与β不同。 2.不同点： ①开氏的视场较大，而伽氏的视场较小（∵伽氏的目镜是发散的）。 ②开氏的目镜物方焦平面上可放叉丝或刻度尺，伽氏则不能（∵前者在镜筒内）。 ③开氏的镜筒较长，而伽氏的镜筒较短（ ∵两个焦距的加与减）。 3.实验仪器 不同焦距的透镜（见图1），1/10分划板（见图2），标准毫米尺（见图3），标尺（见图4），溴钨灯，汞灯， 透射反射镜（见图5） 图1 不同焦距的透镜 4.实验设计与内容 我们开发的这个设计性实验最大的亮点为：学生可以自由选择不同焦距的透镜进行显微镜和望远镜的组装。选择不同的焦距，就意味着组装成的望远镜和显微镜具有不同的视角放大率，这就要求学生具备良好的判断意识，能够从不同的焦距组合中选取适宜实验要求的，符合日常生活规律的透镜组合。这样的实验要求使学生在得到实验题目后，必须通过自行阅读实验材料,熟悉常用仪器的原理、结构，才能够自主的、正确的筛选透镜和实验方法，有了正确的透镜组合作为基础和铺垫，才能保证实验设计方案的正确性和正式实验的顺利进行。在此过程中，发挥了学生们各自的思维与想象力,使学生的创新意识和综合能力受到启发和锻炼，可以培养学生坚韧不拔的意志品质、实事求是的科学态度及相互帮助的协作精神。 图2 1/10分划板 图3标准毫米尺 图5 透射反射镜 设计性实验是没有固定的设计方案和实验步骤的。下文列举了显微镜和望远镜各一种设计方案，实验步骤及数据，能够更好的说明“设计性实验——组装显微镜和望远镜”的实验设计思想和效果。 图4 标尺 4.1 显微镜的组装 （a）选出焦距为50mm,70mm的两个凸透镜作为物镜和目镜 （b）装配显微镜如图6 （c）光学间隔取170mm时，调节物镜与目镜距离为290mm 打开溴钨灯，在目镜后观察，并调节1/10mm分划板，使得 图4标尺 目镜中能观察到清晰的分划板刻度且充满整个视场。 图6 组装显微镜实物图 （d）在目镜后放置与显微镜光轴成45。的透射反射镜（7：3），并在距光轴25cm（明视距离）放置标准毫米尺，打开汞灯。 （e）读出分划板上的某一长度对应标准毫米尺的长度。 光学间隔 1/10分划板（mm） -2刻度 -3刻度 δ=17cm 10 22 δ=18cm 10 23 δ=19cm 10 24 表一：显微镜实验数据 （f）改变光学间隔，重复上述步骤并记录数据。 4.2 望远镜的组装 （a）选焦距为150mm与50mm的两个凸