大学物理实验光学仪器的设计.ppt

实验题目 光学仪器设计实验性质 设计性实验 李振声物理教研室 显微镜 为人类打开了 近在眼前 的微小世界的大门望远镜 则帮助人类揭示了 远在天边 的星球世界的奥秘 学会透镜焦距的测量方法 掌握光学仪器系统的设计 测试的基本方法应用提供的透镜 光具座及基本的测试工具 设计并组装望远镜 显微镜 实验目的 重点 难点 实验仪器 光具座 凸透镜2个 作望远镜用 物屏1个 光屏1个 光源1套 透镜夹2个 卷尺1个 干板夹1个 游标卡尺1把 过渡架1个 有机玻璃直尺1把 显微测微尺1个 显微镜目镜1个 显微镜物镜1个等 一 预备知识凸透镜焦距的测量方法 1 自准直法 平面镜法 当物距等于透镜的焦距时 物体任一点发出的光经过透镜折射后成为平行光 经平面镜反射 会聚光线在透镜的焦平面上成一个与原物大小相等的倒立实像 注意共轴调节 2 二次成像法 共轭法或位移法 测焦距的原理 首先确定物象间的距离D 4f 如果透镜在这个距离之间能有两个成像 一个放大的 另一个缩小的 且两次透镜位置间的距离为d 则 3 物距像距法测量焦距 高斯公式法 移动像屏得到一个清晰的与物相似的倒立像 二 望远镜的组装 光学望远镜的分类 反射式望远镜折反射望远镜折射式望远镜 1 反射望远镜 用凹面反射镜作物镜的望远镜 主要优点是不存在色差 牛顿用2 5cm直径的金属 磨制成一块凹面反射镜 并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45度角的反射镜 1672年卡塞格林所发明 由两块反射镜组成的一种反射望远镜 卡塞格林望远镜 牛顿望远镜 2 折反射望远镜 在球面反射镜的基础上 再加入用于校正像差的折射元件 以消除球面差 1931年美国施密特发明 1940年苏联光学家马克苏托发明 施密特望远镜 马克苏托望远镜 3 折射望远镜 用透镜作物镜的望远镜 意大利物理学家伽利略1609年发明望远镜 德国天文学家开普勒1611年发明望远镜 伽利略望远镜 由凹透镜当目镜 优点 观察的是正立的像 结构简单 轻便 光能损失少 镜筒短 成正立虚像 缺点 放大倍数小 观察视野窄 倾角大的光线不能进入眼睛 无中间像 不好装叉丝或分划板 用途 看戏剧玩具望远镜 总的视角放大率 焦点重合 开普勒望远镜 凸透镜当目镜 成像上下左右颠倒 需要在物镜后面添加棱镜组或透镜组来转像 使眼睛观察到的是正像 1612年发明 德国天文学家JohannesKepler 1571 1630 4 开普勒望远镜的设计要点 1 物镜的焦距大于目镜的焦距 2 物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合 3 物体经大焦距的物镜后在焦平面上成缩小的实像 物镜的作用是将远处的物体聚焦在目镜物方的焦平面上 4 小焦距的目镜将物镜所成的实像放大到无穷远处 目镜起放大镜的作用 将目镜物方焦平面上的倒立实像放大为一虚像 注意共轴调节 三 显微镜的组装 扫描显微镜 荧光倒置显微镜 相差显微镜 暗视野显微镜 偏光显微镜 微分干涉差显微镜 激光共聚焦显微镜 普通光学微镜 荧光正置显微镜 原子力显微镜 电子显微镜 手术用显微镜 透射电子显微镜 扫描电子显微镜 显微镜的设计 1 显微镜的光学原理图和视角放大率M Me Fo Fe Fo Fe 25cm 光学筒长 靠近焦点 2 显微镜的设计要点 1 显微镜的fo fe 2 目镜和物镜之间的距离比fo fe大得多 3 分划板位于物镜像方焦平面上 4 物体位于物镜 objective 物方焦点前附近 5 物体经物镜后 在目镜 eyepiece 的物方焦面内侧成一个倒立放大的实像I1 6 再经大焦距的目镜后在大于明视距离外成一放大的虚像I2供眼睛观察 注意共轴调节 物像共轭法测量 物镜和目镜之间的距离等于两透镜焦距之和 在物镜前方加上直尺 在目镜后方插上光屏 将无穷远处的物体 直尺 逐渐移至物镜前方 在光屏上成一缩小的像y3 并量之 计算望远镜的角放大率 四 望远镜角放大率的测量方法 注意共轴调节 五 显微镜的调节和角放大率的测量 物像共面法测量计算 1 显微测微尺 分度值为0 01mm或0 05mm 安放在距物镜略大于焦距处 2 调节目镜 使测微尺的像通过显微镜清晰地观察到 注意共轴调节 显微测微尺 3 选一个直尺如图中的有机玻璃直尺 将其置于距目镜25cm处 明视距离 4 调节显微镜的目镜 使测微尺的像落在直尺上且没有视差 5 读出测微尺的像落在直尺上 重合区段内 相对应的长度 即可得到显微镜的放大率 六 实验数据记录 表1用高斯公式法测量望远镜用透镜焦距原始数据 单位 mm 表2共轭法测望远镜视角放大率的数据 单位 mm fo fe 表3显微镜视角放大率测量数据 f0 1 6cmfe 2 5cm 光学筒长l 16cm目镜放大率10 物镜放大率10 望远镜的角放大率测量值 望远镜角放大率理论值 望远镜角放大率的测量结果 百分误差 七 数据处理 显微镜的角放大率测量值 显微镜角放大率理论值 望远镜角放大率的测量结果 百分误差 八 注意事项 1 轻拿轻放 勿使仪器或光学元件受到冲击或震动 特别要防止摔落 2 光学元件应随时装入专用盒内并放入平台的箱子内 最好放入干燥器中保存 3 切忌用手接触元件的光学表面 如必需用手拿光学元件时 只能接触其磨沙面 如透镜的边缘 棱镜的上下底面等 4 光学表面上如有灰尘 用实验室专备的干燥脱脂棉轻轻拭去或用橡皮球吹掉 5