实验34_自组望远镜(新)[1].doc

实验34 自组望远镜望远镜是常用的助视光学仪器，经常被组合在其它光学仪器中。掌握其构造原理和调整方法，以及其放大率的概念和测量方法，有助于加深对透镜成像规律的理解。一、实验目的1、进一步掌握透镜的成像规律。2、掌握望远镜的构造及放大原理，以及其正确的使用方法。3、设计组装望远镜。4、测量望远镜的视觉放大率。二、实验原理1、人眼的分辨本领和光学仪器的视觉放大率人眼的分辨本领是描述人眼刚能区分非常靠近的两个物点的能力的物理量。人眼瞳孔的半径约为1mm,一般正常人的眼睛能分辨在明视距离（25cm）处相距为0.050.07mm的两点, 这两点对人眼的所张的视角约为，称为分辨极限角。当微小物体或远处物体对人眼所张的视角小于此最小极限角时，人眼将无法分辨它们，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。在用显微镜或望远镜在作为助视仪器观察物体时，其作用都是将被观测物体对人眼的张角（视角）加以放大，这就是助视光学仪器的基本工作原理。在人眼前配置助视光学仪器。若同一目标，通过光学仪器和眼睛构成的光具组，在视网膜上成像长度为；若把同一目的物放在助视仪器原来所成像平面上，而用肉眼直接观察，在视网膜上所成像的长度为，则与之比称为助视仪器的放大本领（视觉放大率），如图34-1所示。图34-1 视觉放大率原理图在图34-1中，表示在明视距离处的物，H、H为助视仪器的主点，为直接观察时在明视距离处的视角，为通过助视仪器所成像于明视距离处的视角，在人眼视网膜上的像长分别为和，则仪器的视觉放大率M表示为 （34-1）2、望远镜及其视觉放大率望远镜是帮助人眼观望远距离物体的仪器，也可作为测量和瞄准的工具。望远镜也是由物镜和目镜组成的，其中对着远处物体的一组叫做物镜，对着眼睛的叫做目镜，物镜焦距较长，目镜焦距较短。物镜用反射镜的，称为反射式望远镜；物镜用透镜的，称折射式望远镜。目镜是会聚透镜的，称为开普勒望远镜，目镜是发散透镜的，称为伽利略望远镜。因被观测物体离物镜的距离远大于物镜的焦距（u2f0），所以物体将在物镜的后焦面附近形成一个倒立的缩小实像。与原物体相比，实像靠近了眼睛很多，因而视角增大了。然后实像再经过目镜而被放大，由目镜所成的像，可以在明视距离到无限远之间的任何位置上。因此，望远镜的功能是对远处物体成视角放大的像。构建望远镜光路图如图34-2所示。物镜L00Le图34-2 望远镜的基本光路图目镜在图34-2中，为目镜的物方焦点，为物镜的像方焦点，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。远处物体发出的光束经物镜后被会聚于物镜的焦平面上，成一缩小倒立的实像，像的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离。当焦平面恰好与目镜的焦平面重合在一起时，会在无限远处呈一放大的倒立的虚像，用眼睛通过目镜观察时，将会看到这一放大且可移动的倒立虚象。若物镜和目镜的像方焦距为正(两个都是会聚透镜)，则为开普勒望远镜；若物镜的像方焦距为正(会聚透镜)，目镜的像方焦距为负(发散透镜)，则为伽利略望远镜。望远镜的放大率由计算可得，为 (342)可见，物镜的焦距越长、目镜的焦距越短，则望远镜的放大率则越大。对开普勒望远镜，放大率为负值，系统成倒立的像；而对伽利略望远镜（），放大率为正值，系统成正立的像。因在实际观察时，物体并不真正位于无穷远，像也不成在无穷远，但（34-2）式仍近似适用。 由于不同距离的物体成像在物镜焦平面附近不同的位置，而此成像又必须在目镜焦距的范围内，并且接近目镜的焦平面，因此观察不同距离的物体时，需要调要物镜和目镜之间的距离，即是改变镜筒的长度，这称为望远镜的调焦。 在光学实验中，经常用目测法来确定望远镜的视觉放大率。目测法指用一只眼睛观察物体，另一只眼睛通过望远镜观察物体的像，同时调节望远镜的目镜，使两者在同一个平面上且没有视差，此时望远镜的视觉放大率即为，其中是在物体所处平面上被测物体的虚像的大小，是被测物体的大小，只要测出和的比值，即可得到望远镜的视觉放大率。三、实验仪器光学平台、标尺、凸透镜、二维调节架（SZ-07）、三维调节架 （SZ-16）、二维平移底座（SZ-02）、三维平移底座 （SZ-01）、升降调整座（SZ-03）、普通底座（SZ-04）、正像棱镜（保罗棱镜系统）、白炽灯光源、450玻璃架。四、实验内容与步骤（一） 必做部分1、组装望远镜并测定其放大率(1)用自准法或共轭法分别测出两个透镜的焦距，并确定物镜和目镜的组成。(2)在光学平台上搭建望远镜，观察并分析其成像规律。(3)画出光路图，并测定计算所组装望远镜的视觉放大率。2、实验提示(1)查阅资料，熟悉望远镜和显微镜的工作原理及它们之间的区别。了解物镜与目镜的选择及其对视觉放大率的影响。(2) 视觉放大率的测量，一般采用目测法。即在无限远处(约1.5 m即可)放标尺，将望远镜对标尺调焦，并对准两个红色指标间的“E”字（距离），用一只眼睛通过目镜观察标尺的倒立放大的虚像，另一只眼睛直接看标尺，调整目镜便两者重叠而无视差。经适应性练习，在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度，则像高和物高之比即为放大率。（二）选做部分1、开普勒望远镜所成的像是倒立的。若要观察正像，一是可以使用伽利略望远镜，二是可以借助直角棱镜（保罗棱镜、正像棱镜）。2、了解保罗棱镜系统的结构，并组装成正像的望远镜。3、查阅资料，了解显微镜的结构、原理，装配显微镜。五、数据记录与处理1、给出望远镜（倒立像、正立像）、显微镜的设计光路图。2、给出望远镜、显微镜的视觉放大率。六、思考题1、请问伽利略望远镜与开普勒望远镜在结构形式上有什么区别？2、在自准直法测焦距的实验中，当透镜从远处移近物屏时，为什么能在物屏上出现两次成像? 哪一个才是透镜的自准像，如何判断它?3、对于在光学平台上搭建的望远镜(或显微镜)，如何调节焦距以获得清晰的成像？4、用同一个望远镜观察不同距离的目标时，其视觉放大率是否不同？七、注意事项1、 注意不要用手摸透镜、反射镜等光学