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1、望远镜和显微镜的设计与组装望远镜和显微镜的设计与组装五邑大学物理实验中心五邑大学物理实验中心哈勃望远镜哈勃望远镜背景知识背景知识n人眼无法分辨极远处细微的物体细节，在一般照人眼无法分辨极远处细微的物体细节，在一般照明情况下，正常人的眼睛在明情况下，正常人的眼睛在明视距离明视距离（25cm25cm）能）能分辨相距约分辨相距约0.05mm0.05mm的两个光点。当两光点间距小的两个光点。当两光点间距小于于0.05mm0.05mm时，即无法分辨，我们把这个极限称为时，即无法分辨，我们把这个极限称为人眼的人眼的分辨本领分辨本领，这时两光点对人眼球中心的张，这时两光点对人眼球中心的张角约为角约为11，这
2、张角称为，这张角称为视角视角。观察物体要想能。观察物体要想能分辨细节，最简单的方法是使视角扩大，显微镜分辨细节，最简单的方法是使视角扩大，显微镜和望远镜就是为扩大人眼视角的助视光学仪器。和望远镜就是为扩大人眼视角的助视光学仪器。n显微镜显微镜是用来观察和测量有限远微小目标的工具。是用来观察和测量有限远微小目标的工具。光学显微镜根据具体用途可分为许多种类，在实光学显微镜根据具体用途可分为许多种类，在实验中经常遇到的是生物显微镜、体视显微镜、工验中经常遇到的是生物显微镜、体视显微镜、工具显微镜、偏光显微镜和读数显微镜等。具显微镜、偏光显微镜和读数显微镜等。n望远镜望远镜是用来帮助人们观察远处物体，
3、当位于远是用来帮助人们观察远处物体，当位于远处物体的细节对眼睛的视角小于人眼的分辨极限处物体的细节对眼睛的视角小于人眼的分辨极限时，人们必须借助此仪器才能分辨它。望远镜有时，人们必须借助此仪器才能分辨它。望远镜有两种基本类型：两种基本类型：开普勒望远镜开普勒望远镜和和伽利略望远镜伽利略望远镜。开普勒望远镜的目镜和物镜均为正透镜。伽利略开普勒望远镜的目镜和物镜均为正透镜。伽利略望远镜目镜是负透镜（凹透镜），而物镜是正透望远镜目镜是负透镜（凹透镜），而物镜是正透镜。镜。 实验目的实验目的n掌握测定透镜焦距的方法掌握测定透镜焦距的方法n掌握光学系统的共轴调节方法掌握光学系统的共轴调节方法n通过实验掌
4、握望远镜、显微镜的基本原理通过实验掌握望远镜、显微镜的基本原理 n设计组装望远镜及显微镜设计组装望远镜及显微镜n测量自组望远镜和显微镜的放大率测量自组望远镜和显微镜的放大率实验原理实验原理凸透镜焦距测定凸透镜焦距测定1、平面镜法、平面镜法(自准直法自准直法) 平面镜法平面镜法 透镜沿光轴缓慢透镜沿光轴缓慢移动，当在物上移动，当在物上生成与生成与A等大的等大的倒立实像倒立实像A时，时，物屏与透镜之间物屏与透镜之间和距离即为和距离即为焦距焦距。 凸透镜焦距测定凸透镜焦距测定2、物距像距法、物距像距法移动屏得到一个清晰的移动屏得到一个清晰的与物相似的倒立像与物相似的倒立像 凸透镜焦距测定凸透镜焦距测
5、定3、共轭法、共轭法 凹透镜焦距测定凹透镜焦距测定物体经凹透镜后被发散成物体经凹透镜后被发散成虚像虚像, ,因此需用一凸透镜因此需用一凸透镜作作辅助透镜辅助透镜可成虚物可成虚物, ,再再经凹透镜成实像。测出经凹透镜成实像。测出u u，v,v,代入透镜成像公式即代入透镜成像公式即可求得凹透镜焦距可求得凹透镜焦距f f望远镜原理（开普勒型）望远镜原理（开普勒型）n物镜和目镜组成，物镜将无限远的物成实像于焦物镜和目镜组成，物镜将无限远的物成实像于焦平面，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合，平面，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合，因此目镜将物镜所成的实像放大到无穷远。因此目镜将物镜所成的实像放大到无
6、穷远。望远镜原理（开普勒型）望远镜原理（开普勒型）视角放大率理论值：视角放大率理论值：适用条件：物体无穷远适用条件：物体无穷远物像共面时的视放大率物像共面时的视放大率L L Lyy实像y物距L1FoFoOoOeFeFeOoFoOoFoOoFoOoFoOoFoOoFoFoOoFoOeFeFeOeFeFeOeFeFeOeFeFeOeFe实像y显微镜原理显微镜原理n物体位于物镜（物体位于物镜（objective）前方，离开物镜的距离大）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。于物镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。n经物镜以后，物体形成一个倒立的放大的实像经物镜以后，物体形成一个倒立的放大
7、的实像I1。I1靠近目镜（靠近目镜（eyepiece）焦点）焦点Fe的位置上，再经目镜放的位置上，再经目镜放大为虚像大为虚像I2后供眼睛观察。后供眼睛观察。视角放大率理论值视角放大率理论值光学元件的共轴调节光学元件的共轴调节 薄透镜成像公式仅在近轴条件下成立薄透镜成像公式仅在近轴条件下成立, ,物距、像距物距、像距是沿着主光轴计算长度的是沿着主光轴计算长度的, ,透镜及各元件的主光轴透镜及各元件的主光轴应该重合，并且物体位于透镜的主光轴附近。应该重合，并且物体位于透镜的主光轴附近。粗调粗调将光源、物体、透镜靠拢，调节它们的将光源、物体、透镜靠拢，调节它们的取向和高低左右位置，凭眼睛观察，使取向
8、和高低左右位置，凭眼睛观察，使它们的中心处在同一直线上它们的中心处在同一直线上细调细调以透镜成像规律为依据，利用共轭以透镜成像规律为依据，利用共轭原理细调原理细调（1）按图放置物，透镜和像屏，使得）按图放置物，透镜和像屏，使得D4f，然后固定物和像屏，然后固定物和像屏的位置；的位置；（2）当移动透镜到）当移动透镜到O1和和O2两处时，屏上分别得到放大和缩小的两处时，屏上分别得到放大和缩小的像。物点像。物点B处在主光轴上，它的两次成像位置重合于处在主光轴上，它的两次成像位置重合于B处；物点处；物点P如不在主光轴上，它的两次成像位置如不在主光轴上，它的两次成像位置P和和P分开。当分开。当P点在主点
9、在主光轴上方时，放大的像光轴上方时，放大的像P在缩小的像在缩小的像P点的下方。反之，则表点的下方。反之，则表示示P点在主光轴的下方。调节物点的高低，使经过透镜两次成像点在主光轴的下方。调节物点的高低，使经过透镜两次成像的位置重合，即达到了同轴等高。的位置重合，即达到了同轴等高。（3）如果固定物点的位置，调节透镜的高度也可以出现步骤）如果固定物点的位置，调节透镜的高度也可以出现步骤（2）所述的现象，根据观察到的透镜两次成像的位置关系，判）所述的现象，根据观察到的透镜两次成像的位置关系，判断透镜中心是偏高还是偏低，最后将系统调成同轴等高。断透镜中心是偏高还是偏低，最后将系统调成同轴等高。实验内容实
10、验内容自准法测量凸透镜焦距自准法测量凸透镜焦距白炽灯光源白炽灯光源S白炽灯光源白炽灯光源S品字型物像屏品字型物像屏P品字型物像屏品字型物像屏P待测凸透镜待测凸透镜L待测凸透镜待测凸透镜L平面发射镜平面发射镜M平面发射镜平面发射镜M实验内容实验内容n自组望远镜自组望远镜1.1.标尺标尺3.3.二维架二维架: SZ-07: SZ-075.5.二维架二维架: SZ-07: SZ-077.7.二维平移底座：二维平移底座：SZ-02SZ-022.2.物镜物镜Lo o: : fo o= 225mm= 225mm4.4.目镜目镜Le e: : fe e= 45mm= 45mm6.6.二维平移底座：二维平移底
11、座：SZ-02SZ-02物镜物镜目镜目镜标尺标尺实验内容实验内容n自组望远镜自组望远镜1.参照光路图组成望远镜，向参照光路图组成望远镜，向3米远处的标尺调焦，使米远处的标尺调焦，使标尺的像清晰可见，并对准两个红色指标间的标尺的像清晰可见，并对准两个红色指标间的“E”字字(距离为距离为d1=5cm)；2.观察者用一只眼睛观察望远镜视场中标尺的像，另观察者用一只眼睛观察望远镜视场中标尺的像，另一只眼睛直接注视标尺，在一只眼睛直接注视标尺，在视觉系统获得被望远镜视觉系统获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像放大的和直观的标尺的叠加像，再测出放大的红色，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度指标内直观标
12、尺的长度d2。3.求出自组望远镜的放大率，并与计算出的放大率作求出自组望远镜的放大率，并与计算出的放大率作比较。比较。4.改变标尺与望远镜距离重新调节测量。改变标尺与望远镜距离重新调节测量。实验内容实验内容n自组显微镜自组显微镜1.小照明光源：小照明光源：SZ-502.干版架：干版架：SZ-123.分划版：分划版：1/10 mm4.二维架：二维架：SZ-075.物镜物镜Lo： fo o=45 mm6.二维调节架：二维调节架：SZ-077.三维调节架：三维调节架：SZ-168.目镜目镜Le： fe e =29 mm9.45玻璃架：玻璃架：SZ-4510.升降调节座：升降调节座：SZ-0311.双
13、棱镜架：双棱镜架：SZ-4112.毫米尺：毫米尺：l=30 mm13.二维平移底座：二维平移底座：SZ-0214.二维平移底座：二维平移底座：SZ-0215.升降调节座：升降调节座：SZ-0316.通用底座：通用底座：SZ-0417.白光源：白光源：GY-6A实验内容实验内容n自组显微镜自组显微镜1.1.按光路图布置各器件，目测调至共轴。按光路图布置各器件，目测调至共轴。2.2.调节光源、微尺、物镜和目镜之间的距离，在显调节光源、微尺、物镜和目镜之间的距离，在显微镜系统中得到清晰的放大的微尺的像。微镜系统中得到清晰的放大的微尺的像。3.3.在目镜之后置一与主光轴成在目镜之后置一与主光轴成454
14、5角的平玻璃板角的平玻璃板（半透半反），距此玻璃板（半透半反），距此玻璃板25cm25cm处置一白光源照处置一白光源照明的毫米尺。明的毫米尺。4.4.测量显微镜的放大率：通过显微镜能看到微尺的测量显微镜的放大率：通过显微镜能看到微尺的放大像，这个像与半透半反镜所成的标尺的像在放大像，这个像与半透半反镜所成的标尺的像在同一平面上，从这两个像的大小之比求得显微镜同一平面上，从这两个像的大小之比求得显微镜的放大率。的放大率。5.5.测量物镜与目镜之间的距离，并比较显微镜的测测量物镜与目镜之间的距离，并比较显微镜的测量放大率与计算放大率。量放大率与计算放大率。思考题思考题 n将望远镜倒转，即以目镜组为物镜，物镜为目将望远镜倒转，即以目镜组为物镜，物镜为目镜，镜，可否可否作为显微镜作为显微镜？会会有有什么问题什么问题？n将一显微镜倒置使用，会出现什么现象？将一显微镜倒置使用，会出现什么现象？
