眼睛的屈光不正及物理矫正实验报告

1 模拟眼睛的屈光不正及物理矫正模拟眼睛的屈光不正及物理矫正 实验目的 实验目的 1 理解并掌握光焦度 屈光度的概念及测量方法 2 理解并掌握薄透镜成像规律 计算薄透镜的屈光度 3 模拟眼睛屈光不正光路 理解物理矫正原理 实验原理实验原理 从光学角度看 眼睛是一个具有自动调节功能的光学系统 理论和实验都 已证明 当发光体的光线经光学系统成像后 若物距为 像距为 透镜的S S 焦距为 则三者之间的关系满足高斯公式 f fSS 1 11 光焦度是指焦距的倒数 表示着透镜的发散或会聚本领 单位为屈光度 D 1D 1m 1 也可用度作单位 1D 100 度 常见的屈光不正 常 眼有 1 近视眼 眼睛不经调节时 平行光入射会聚在视网膜之前 即眼睛的会 聚能力加强 这种眼睛称为近视眼 多数近视眼是由于眼球前后距离变大 即眼轴过长引起 少数近视眼是由 于角膜和晶状体对光线的折射能力过强引起 前者为轴性近视 后者为屈光性 近视 无论是属于哪种近视眼 它们的近点与远点都近移 需要配带发散透镜进 行物理矫正 这种发散透镜称为近视镜 图 近视眼图 近视眼的物理矫正 2 远视眼 眼睛不经调节时 平行光入射会聚在视网膜之后 即眼睛的会 聚能力减弱 这种眼睛称为远视眼 多数远视眼是由于眼球前后距离变小 即眼轴过短引起 少数远视眼是由 于角膜和晶状体对光线的折射能力过弱引起 前者为轴性远视 后者为屈光性 2 远视 无论是属于哪种远视眼 它们的近点与远点都远移 需要配带会聚透镜进 行物理矫正 这种会聚透镜称为远视镜 图 远视眼 图 远视眼的物理矫正 本实验中利用透镜 A 作为眼睛 像屏作为视网膜来模拟眼睛的成像过程 通过前后移动像屏来模拟轴性近视和远视眼的屈光不正成像原理 利用透镜 B 焦距小于透镜 A 和透镜 C 焦距大于透镜 A 来模拟屈光性近视和远视眼 的屈光不正成像原理 并用一块凹透镜 D 和一块凸透镜 E 分别模拟矫正眼睛屈 光不正的近视镜和远视镜 最后通过高斯公式来求出矫正镜的焦距 实验仪器实验仪器 光具座及附件 光源 物屏 像屏 不同焦距的薄透镜 薄透镜共 5 片 薄透镜 A 焦距为 200mm 模拟眼睛 薄透镜 B 焦距为 150mm 模拟屈光性近视眼 薄透镜 C 焦距为 250mm 模拟屈光性远视眼 薄透镜 D 焦距为 150mm 模拟近视眼矫正镜 薄透镜 E 焦距为 600mm 模拟远视眼矫正镜 实验内容实验内容 1 共轴调节 透镜成像存在着像差 成像系统应尽量在近轴区域 为达到上述要求 应 使各光学元件的主光轴重合 习惯上称同轴等高 即共轴 此外 成像系统中的各量 如物距 像距及透镜移动的距离等都是沿着主 光轴计算长度的 长度是按光具座的刻度来读取的 为测量准确 透镜主光轴 应与光具座导轨平行 共轴调节可分为粗调和细调两步来做 首先粗调 将各光学元件置于光具座上 并靠拢排列 调节其高 低 左 右 使光源 物屏 透镜 像屏等的中心同高共线并平行于导轨 各元件所在 3 的平面要相互平行且垂直于导轨轴线 然后再细调 依靠成像规律来判断 将像屏 物屏置于光具座上 使其距 离 插入透镜并左右移动其位置 在屏上分别得到放大像和缩小像 调fl4 节各元件 使放大像与缩小像的中心重合 如果系统是由多个透镜等元件组成 的 均用这种方法使所有像的中心重合在一个位置 则达到了共轴要求 以下 所有实验都是在共轴条件下进行的 2 模拟正常眼成像过程 1 将焦距为 200mm 的薄透镜 A 放在物屏和像屏之间 调节光源 物屏 像屏及薄透镜共轴等高 2 将物屏和像屏间的距离调整为 850mm 调节薄透镜 A 的位置 使像屏 上呈现清晰的像 以模拟正常眼睛的成像过程 3 模拟近视眼成像过程 1 将像屏向后移动 50mm 模拟轴性近视眼成像过程 此时成像会变模糊 将薄透镜 D 焦距为 150mm 放在物屏与薄透镜 A 之间模拟近视眼矫正镜 调 节薄透镜 D 的位置 使像屏上所成的像清晰 记录下物屏 薄透镜 A 及像屏 单次测量 的位置 用多次测量 至少 5 次 记录下薄透镜 D 的位置 2 利用高斯公式计算出薄透镜 D 的焦距 3 还原正常眼睛的成像过程 将薄透镜 A 换成薄透镜 B 焦距为 150mm 模拟屈光性近视眼成像过程 此时成像会变模糊 将薄透镜 D 焦距 为 150mm 放在物屏与薄透镜 B 之间模拟近视眼矫正镜 调节薄透镜 D 的位 置 使像屏上所成的像清晰 记录下物屏 薄透镜 B 及像屏 单次测量 的位 置 用多次测量 至少 5 次 记录下薄透镜 D 的位置 4 利用高斯公式计算出薄透镜 D 的焦距 4 模拟远视眼成像过程 1 还原正常眼睛的成像过程 将像屏向前移动 30mm 模拟轴性远视眼成像 过程 此时成像会变模糊 将薄透镜 E 焦距为 600mm 放在物屏与薄透镜 A 之间模拟远视眼矫正镜 调节薄透镜 E 的位置 使像屏上所成的像清晰 记录 下物屏 薄透镜 A 及像屏 单次测量 的位置 用多次测量 至少 5 次 记录 下薄透镜 E 的位置 4 3 利用高斯公式计算出薄透镜 E 的焦距 4 还原正常眼睛的成像过程 将薄透镜 A 换成薄透镜 C 焦距为 250mm 模拟屈光性近视眼成像过程 此时成像会变模糊 将薄透镜 E 焦距 为 600mm 放在物屏与薄透镜 C 之间模拟远视眼矫正镜 调节薄透镜 E 的位置 使像屏上所成的像清晰 记录下物屏 薄透镜 C 及像屏 单次测量 的位置 用多次测量 至少 5 次 记录下薄透镜 E 的位置 5 利用高斯公式计算出薄透镜 E 的焦距 注意事项注意事项 1 透镜要轻拿轻放 尽量避免用手触摸透镜表面 严禁用任何物体划透镜 2 安装透镜时一定要小心 确保透镜被牢固的安装在透镜夹上 切勿将透 镜掉在地上 3 透镜使用完毕后 用透镜纸将其包好 并按照实际焦距放回贴有焦距标 签的塑料袋中 切勿乱放 附 实验数据记录表及数据处理公式附 实验数据记录表及数据处理公式 模拟近视眼成像过程数据记录表 轴性近视和屈光性近视各画一个 模拟近视眼成像过程数据记录表 轴性近视和屈光性近视各画一个 物屏位置 P 薄透镜 A B 位置 像屏位置 P 测量次数12345 薄透镜 D 位置 mm 模拟远视眼成像过程数据记录表 轴性远视和屈光性远视各画一个 模拟远视眼成像过程数据记录表 轴性远视和屈光性远视各画一个 物屏位置 P 薄透镜 A C 位置 像屏位置 P 测量次数12345 薄透镜 E 位置 mm 数据处理所用公式数据处理所用公式 设物屏与薄透镜 D E 的间隔为 薄透镜 A B C 与像屏的间隔为 1 S 5 物屏与像屏的间隔为 薄透镜 A B C 的焦距为 则 2 SL CBA fff 轴性近视眼模拟过程焦距公式 1 2 22 2 12 S SLSLf SfS f A A D 屈光性近视眼模拟过程焦距公式 1 2 22 2 12 S SLSLf SfS f B B D 轴性远视眼模拟过程焦距公式 1 2 22 2 12 S SLSLf SfS f A A E 屈光性远视眼模拟过程焦距公式 1 2 22 2 12 S SLSLf SfS f C C E 误差分析所用公式误差分析所用公式 近视眼 近视眼 PDS 1 3 1 P u 1 1 2 nn DD s n i i D 22 1 DPS suU 轴性近视眼焦距不确定度传递公式 1 1 2 2 22 12 S A A f U SLSLf SfS U D 屈光性近视眼焦距不确定度传递公式 1 1 2 2 22 12 S B B f U SLSLf SfS U D