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1、传播优秀Word版文档 ,希望对您有帮助,可双击去除!普通物理实验设计性实验方案实验题目: 简单显微镜的设计 班 级: 物理学 2011级(2)班 学 号: 2011433175 姓 名: 唐 洁 指导教师: 陈 广 萍 凯里学院物理与电子工程学院 2013 年3月简单显微镜的设计要求:1. 了解显微镜的基本光学系统及放大原理,以及视觉放大率等概念;2. 学会按一定的原理自行组装仪器的技能及调节光路的方法;3. 学会测量显微镜的视觉放大率;4. 简单显微镜的放大率为31.8;5. 物镜与目镜之间的距离为24cm,即光学间隔为16.6cm。序 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
2、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。一、实验原理(一)、光学仪器的视觉放大率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相距为0.050.07mm的两点。此时,这两点对人眼所张的视角约为,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
3、、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 (1)式中,为明视距离处物体对眼睛所张的视角,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)、显微镜及其视觉放大率最简单的显微镜是由两个凸透镜构成的。其中,物镜的焦距很短,目镜的焦距较长。它的光路如图所示,图中的为物镜(焦点在和),其焦距为;为目镜,其焦距为。将长度为的被观测物放在的焦距外且接近焦点处,物体通过物镜成一放大的倒立实像(其长度为)。此实像在目镜的焦点以内,经过目镜放图1 大,结果在明视镜上得到一个放大的虚像(其长度为)。虚像对于被观测物来说是倒立的。
4、显微镜物镜焦点到目镜焦点之间的距离称为物镜和目镜的光学间隔。当显微镜中能看到物体清晰图像时,物镜前端面到被测物的距离叫做显微镜的工作距离。为获得清晰的图像而调节显微镜与被观测物的距离称之为调焦。由图可见,显微镜的视觉放大率为 (2)式中,为目镜的视觉放大率;(因比大得多),为物镜的线放大率。因而式(2)可改写成 (3)由式(3)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、和已知的情形下,可利用式(3)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目镜的显微镜,它的视觉放大率。一般显微镜的放大率为几十倍到几百倍。根据式(3)可
5、知,显微镜的镜筒越长,物镜和目镜的焦距越短,放大率就越大。同时受光学底座尺寸的限制,故实验中所选的物镜焦距为45mm,目镜焦距为29mm。简单显微镜设计光路的装置图和简图分别如图所示。 图2 1小照明光源,2干版架,3微尺M1(1/10 mm),4二维架或透镜架,5物镜Lo (=45 mm),6二维架,7三维调节架,8目镜Le (=29 mm),945玻璃架,10升降调节座,11双棱镜架,12毫米尺M2(l=30 mm),13三维平移底座,14三维平移底座,15升降调节座,16通用底座,17白光源(图中未画) 图3 二、实验仪器型光学平台,小照明光源S,微尺,45mm物镜,29mm目镜,玻璃架
6、,毫米尺,白光源,白屏,若干光学支架和底座。三、实验内容与步骤本实验的主要内容就是自组搭建简单显微镜光路,测量简单显微镜的放大率。(一)光路的调整1、将各光学元件沿着光学平台上的标尺固定在相应的支架上,夹好、靠拢,调同轴等高注意:各光学元件的高度通过目测调节好后,在固定前同时应确保各光学元件与相应光学底座的某一边保持平行,便于调节光路。2、测物镜、目镜的焦距方法:物距像距法,如图所示。调节白屏在光轴上的位置,直至白屏上有物的等大实像,则焦距为物与白屏之间距离的。多次测量求平均值。 (4) 图43、按装置图装配显微镜根据要求将物镜与目镜的距离定为24cm;在之后放置一与光轴成45角的平玻璃板,距
7、此玻璃板25cm处放置一白光源(图中未画出)照明的毫米尺。4、微调微尺的位置调整微尺离物镜的距离,使它经显微镜系统成的像与毫米尺经45玻璃板反射的像重合。要求反复调整,直到微尺的放大像与毫米尺反射像之间没有视差为止。(二)测量显微镜的放大率1、观察仔细观察微尺的放大像和毫米尺的反射像,同时微调毫米尺的高度, 让其反射像中的某一格对准被测物放大像的某一格,便于读数。2、测量读出微尺放大像的格数所对应的毫米尺反射像的格数,需反复测量,求平均视觉放大率。3、数据处理根据公式计算出简单显微镜的视觉放大率。将和光学间隔(、和前面已经测出)代入公式计算出简单显微镜的测量视觉放大率,并将计算结果与观测值作一比较,计算百分误差比。四、测量条件1. 微尺、物镜、毫米尺、目镜必须严格的同轴、等高;2. 物镜与目镜之间的距离为24cm;3. 毫米尺不能离物镜太远,只能是比物镜的焦距大一点点即可;4. 白光源要放到离45玻璃架25cm处。五、实验数据记录与数据处理1.数据记录表格2、数据处理(1)简单显微镜视觉放大率的理论值(2)简单显微镜视觉放大率的测量值(3)物镜与目镜之间的距离L:(4)光学间隔为:(5)根据公式有: (6)简单显微镜视觉放大率的测量相对偏差