LM06透镜望远镜显微镜综合仪.DOCVIP

实验目的 了解透镜作为光学元件在光学系统中的作用 透镜焦距测量原理 了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法 了解视放大率的概念并掌握其测量方法 第二章 实验仪器 名称 数量 名称 数量 1.1m铝合金导轨 1 带分划板目镜组 1 一维光具座 7 刻度屏 1 支杆 7 白屏 1 凸透镜（f=90mm） 1 LED灯 1 凸透镜（f=150mm） 1 LED可调电源 1 凹透镜 (f=-mm) 1 实验原理 透镜是光学系统中很重要的光学元件，它能把光线会聚或者发散。它本身是由两个折射面包围一种透明介质所构成的元件。焦距则是反映光学透镜特性重要物理量，当透镜的厚度比其焦距小很多时，称为薄透镜。不同焦距的透镜及透镜组组成了各种各样的光学仪器，为了使用光学仪器，对透镜焦距的测定是不可缺少的一个重要环节。测定透镜焦距的方法其原理都是建立在透镜成像规律的基础上。 凸透镜的焦距测量 在近轴光线的条件下，薄透镜的成像公式为： 利用物距像距公式求焦距 在实验中分别测出物距u和像距，即可用式求出该透镜的焦距f。测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。 位移法(又称为共轭法、二次成像法或贝塞尔物像交换法) 物像公式法、自准法都因透镜的中心位置不易确定而在测量中引进误差，为避免这一缺点，可取物屏和像屏之间的距离D大于4倍焦距4f），且保持不变，沿光轴方向移动透镜，则必能在像屏上观察到二次成像。如图所示，设物距为时，得放大的倒立实像；物距为２时，得缩小的倒立实像，透镜两次成像之间的位移为根据透镜成像公式 处 ， 处 ， 由上述公式可以推出： 因此，只要测量出D和d，就可以求出焦距。 凹透镜的焦距测量 如图所示，先使物AB发出的光线经凸透镜后形成一大小适中的实像A’B’然后在L和A’B’之间放入待测凹透镜L，一实像A’’B’’。分别测出L２到A’B’和A’’B’’之间距离s２ 、s２’根据式即可求出L２的像方焦距f２’。 望远镜根据光学原理，望远镜分折射式和反射式。本实验主要讨论折射式望远镜光学系统是由物镜和目镜组成的无焦系统，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合。无穷远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，再经目镜成虚像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。如图所示图 望远镜的视角放大M应定义为最后的虚像对目镜所张视角与物体在实际位置所张视角之比，。由于物距远比望远筒长大得多，它对眼睛或目镜所张视角实际上和它对物镜所张视角是一样的。从上图中不难看出，，而（，的正负号规定同前），代入式得到，式中负号的意义表示像是倒立的。上式表明，物镜的焦距越长，望远镜的放大倍率越高。开普勒望远镜系统中，物镜与目镜均为凸透镜，所得到到的像是倒立放大的像。 图4平行光准直系统 在开普勒望远镜系统中，当确定物镜以及目镜的位置，调节准直透镜位置，直到能看到一个清晰的像，此时观察准直透镜与像之间的距离，则是该准直透镜的焦距。 内调焦望远镜 为了能够观察不同距离物体，我们在物镜和目镜中间加上一个凹透镜，这个凹透镜起到调焦作用，随着凹透镜与分划镜之间距离的改变，望远镜系统观察到的距离也在改变即发现准直透镜与刻度尺的距离在改变。 图5 内调焦望远镜光路图 伽利略望远镜 伽利略望远镜的目镜为负透镜组，这种望远镜尺寸短小，可直接获得正立的像，但像质较差，一般用作袖珍观剧镜或者傻瓜照相机的取景器。 图6 伽利略望远镜光路图 显微镜 显微镜是用来观察近距离微小目标的目视光学仪器，简单的放大镜的倍率有限（几倍到几十倍），欲得到更大的放大率要靠显微镜。显微镜的原理光路如图所示。在放大镜（目镜）前再加上一个焦距极短的会聚透镜组称为物镜。物镜和目镜的间隔比它们各自的焦距大的多。被观察的物体放在物镜物方焦点外侧附近，它经物镜成放大实像于目镜物方焦点内侧附近，再经目镜成放大的虚像于明视距离以外。在实际显微镜中为了减少各种像差，物镜和目镜都是复杂的透镜。我们为了突出其基本原理，在图中二者都用一个薄透镜代替。 设为物体的长度，为中间像的长度，和分别为物镜和目镜的焦距，为物镜像方焦点到目镜物方焦点的距离（称为光学筒长）。显微镜的视角放大率为，其中为物体在明视距离处所张视角，即为最后的像所张的视角（，为人眼的明视距离）。现规定由光轴转到光线的方向为顺时针时交角为正，逆时针时交角为负，故这里的。如前所述，和中间像所张的视角一样，故。所以（1），式中是目镜的视角放大率，是物镜的横向放大率。根据薄透镜的横向放大率公式，其中，，得，代入（1）式后，得到显微镜视角放大率的最后表达式，式中负号表示像是倒立的。上式表明，物镜、目镜的焦距越短，光学镜筒越长，显微镜的放大倍率越高。 实验内容与步骤 透镜焦距测量 光具座上各光学元件