大学物理实验设计性实验方案.docx

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、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。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）25cm 图3 二、实验仪器型光学平台，小照明光源S，微尺M1，45mm物镜L0,29mm目镜Le，45o玻璃架，毫米尺M2，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。