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1、平行光管和透镜性能测试王 峰 讲师 理学院物理实验教学中心实验目的和教学要求了解平行光管的结构，掌握平行光管的 调节方法。学习使用平行光管测定薄透镜的焦距。 了解分辨率的概念，利用平行光管测量透镜的分辨本领；实验仪器5W-F550型平行光管的结构图测微目镜分划板实验仪器平行光管平行光管主要是用来产生平行光束的光学仪器，是装 校和调整其他光学系统的重要工具之一 ，也是光学度量仪 器的重要组成部分。若配用不同的分划板，并选用读数显 微镜或测微目镜 ，可以测定光学系统的焦距、分辨率及其 成像质量。1 - 光 源：在平行光管中，利用白炽灯作为光源 2 - 毛玻璃：由于灯丝发出的光不是均匀的面光源，因此
2、需要通过毛玻 璃将其转换成均匀的面光源照射分划板。 3 - 分划板：十字叉丝，波罗板，鉴别率板，星点板。 4 - 物 镜：平行光管物镜实验仪器1 2 3 4 522 23 24 256 11 16 21 波罗板。分划板上用真空镀膜的方法镀上五 组线对，各线对间距名义值分别是：1mm， 2mm，4mm，10mm，20mm。3号分辨率板。每板上面都有25个单元图案， 每个单元有四个方向，每个方向都由一些平行 的刻线所组成的。3号板则从40m递减到 10m。实验仪器测微目镜带测微装置的目镜，由目镜、 可动分划板、读数鼓轮与连接装置等组成，目镜把 叉丝和被观测的像同时放大。旋转鼓轮，刻有十字叉丝的可动
3、分划板就可以左右 移动，它的位置可以在外面直接读出。测量时，应先看清楚叉丝，然后转动鼓轮 ，使基准线与被测物的像一端重合，便可得到一个读数。再转动鼓轮使基准线与 被测物像的另一端重合，又可得到一个读数。两读数之差，即被测物的尺寸。实验仪器其读数方法和螺旋测微器差不多，毫米以上的刻度在固定套管 上直接读出；毫米以下的刻度在鼓轮上读出。 读数鼓轮每旋转一周 ，叉丝移动1mm，鼓轮上有100个分格，故每一格对应的读数为 0.01mm，再估读一位。实验中有两种测微目镜,不同之处在于鼓轮 刻度如同所示.0 1 2 3 4 5 6 7 8 （a） （b）10504.059mm7075805103.737m
4、m双基准线，测量时， 此线夹住待测刻线时 读数，整数位在视野 中读取，小数位在鼓 轮上读取竖线为基准线，测 量时，竖线对准读 数，数值均在鼓轮 上读取。注意：整 数位是反的。实验仪器测微目镜注意事项：(1) 测量时，鼓轮应沿同一方向旋转，不得中途反向，以避免 空程误差。(2) 被测量物的线度方向必须与基准线方向平行，否则会引入 系统误差。(3) 被测量物的像与基准线重合，不能存在视差(4) 虽然测微目镜测量范围为010mm，但一般测量应尽量控 制在19mm范围内进行，以保护测微装置的准确度，切忌 读出负值。 (5) 零点修正值的存在，注意整数位的读法。如图图示，选选用测测微目镜镜，使被测测透镜
5、镜焦平面上所成玻罗罗板的像也 在测测微目镜镜的焦平面上，便可测测量。因为为所以实验原理 -透镜焦距测量式中 f 1为被测透镜焦距， f 为平行光管焦距实测值（贴于平行光管管壁上 ，单位毫米）, h为玻罗板上所选用线距实测值(实验中为名义值)，h1 为玻 罗板线对像的线间距(测量值)。 1.玻罗板 2.平行光管物镜 3.被测凸透镜 4.测微目镜实验原理 -透镜焦距测量光路图演示物镜待测透镜f f 1hh1实验原理 -透镜的分辨率(a) (b) (c)分辨率与瑞利判据光学系统的鉴别率是该系统成像质量的综合性指标，按照几何 光学的观点，任何靠近的两个微小物点，经光学系统后成像在像 平面上，仍然应是两
6、个“点”像。事实上，这是不可能的。即使光 学系统无像差，通过光学系统后，波面不受破坏，而根据光的衍 射理论，一个物点的像不再是“点”，而是一个衍射花样。光学系 统能够把这种靠得很近的两个衍射花样分辨出来的能力，称为光 学系统的鉴别率。瑞利提出了一个判据：如果一个物点的衍射图样中央主极大与 另一个物点的衍射中央主极大傍的第一极小相重合时，这两个物 点是恰可分辨的。根据衍射理论论和瑞利准则则，仪仪器的最小分辨角为为=1.22/D式中 的单位为弧度，D为入射光瞳直径，为光波波长。当平行光管物镜焦平面上的鉴别率板产生的平行光（将平行 光管的分划板换成鉴别率板）射入被测透镜时，在被测透镜的焦 平面附近，
7、用测微目镜可观察到鉴别率板的像。如果被检透镜质 量高，在视场里观察到能分辨的单元号码越高。仔细找出尽可能 高的分辨单元号码，由下式测定鉴别率角值式中为角值，a为条纹宽度,f 为平行光管焦距。实验原理 -透镜的分辨率实验内容与步骤（一）实验中平行光管以调整好，不再需要调节。 （二）测量凸透镜的焦距 ）将测微目镜置于平行光管的前方，调节平行光管、被测凸 透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉 近到实验人员方便观察的位置。）将玻罗板放入平行光管中，罩上光源。）转动测微目镜的调节螺丝，从测微目镜里面能看到清晰的 叉丝或标尺。）前后移动测微目镜，使平行光管中玻罗板成像于测微目镜 的标尺
8、和叉丝上。）用测微目镜测出玻罗板像中20、10、4mm线对两刻线的位 置，并计算线对间距的测量值，重复六次，将各数据填入自拟表 中。6 ）读出平行光管的焦距实测值（出厂时仪器说明书中给定）0 1 2 3 4 5 6 7 8 实验内容与步骤n实验装置图玻罗板毛玻璃测微目镜待测透镜物镜消空程记录第一组 线对数值h1左记录第二组 线对数值h2左记录第二组 线对数值h2右记录第一组 线对数值h1右实验内容与步骤（三）用平行光管测凸透镜的分辨率（）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。（）移动被测透镜的位置，使3号分辨率板成像于测微目镜的焦平面 上。用眼睛认真地从分辨率板1号单元上开始往下数，数出哪一个
9、号 数单元的线条能被刚好分辨清楚， 记下此号码。（3）在表中查出条纹宽度值，将条纹宽度值和平行光管焦距实测值代 入公式，求出分辨率角值。实验注意事项不得用手触摸仪器的光学元件及其附件的表面调节螺丝时，不得用力硬拧以免造成滑丝和仪 器变形必须记录使用的平行管焦距及玻罗板线距值。测量时单向测量分划板放到位分辨率板4小格算一个单元格数据处理要求1测量透镜焦距自行设计记录表格，根据测量数据分别计 算凸透镜的焦距，即各组线对分别对应的焦 距值，即最终的平均值。2测量透镜的分辨率计算分辨率角值和单位mm的线数N思考及课堂讨论题1测凸透镜焦距和分辨率时，透镜与平行光管间的距离 对结果有无影响？ 2如何用一元
10、线性回归方法来计算透镜焦距，特别是有 多个但不完整的玻罗板线对的数据时，还能获得焦距 的测量值吗？ 3. 导出分辨率的测量公式，式中206265是怎么来的？ 4. 讨论人眼在明视距离和远处（例如10 m处）能分辨的 最小距离（眼瞳直径的调节范围约为28 mm） 5. 测量透镜分辨率时，若将鉴别率板的成像再进行一级 放大，是否能提高透镜的分辨率（设放大系统的分辨 率高于透镜）？ 6. 玻罗板放不到位，对测量的焦距值有什么影响？思考及课堂讨论题7、使用光学仪器测量时，首先要调节目镜看清叉丝。设 目镜焦距为f ，问此时叉丝在目镜的什么位置？ a. 距目镜正好为f b. 距目镜小于f c. 距目镜正好为2f d. 距目镜大于2f 8、用焦距仪测凸透镜焦距时，透过目镜看到叉丝和玻罗 板线对的像之间有视差，观察者向左晃动眼睛时，发 现叉丝相对于玻罗板线对的像有一个向左的移动，要 消除视差，应如何调节： a. 增大测微目镜和透镜之间的距离 b. 减小测微目镜和透镜之间的距离 c. 增大透镜和平行光管之间的距离
