大物实验 光学设计实验.doc

实验注意事项：1、 携带必要文具、计算器、文字材料2、 根据清单核对仪器，请勿擅自动用其它工作台上物品3、 实验过程中如有仪器损坏，及时报告4、 得到实验结果，经检查签字后整理仪器5、 注意保持室内整洁、安静。实验仪器、桌椅放置整齐，经同意方可离开实验室6、 光学表面不能用手触摸、轻拿轻放7、 激光光源不可正对眼睛实验要求：1、 查阅参考资料，充分理解实验的理论依据和条件2、 了解提供的仪器元件工作原理、性能特点、操作规程，确定实验方案，画出光路图3、 选择参数适当的仪器元件，进行理论计算4、 计划操作过程步骤，考虑操作过程中可能出现的情况及解决办法、注意事项，思考如何提高测量精度5、 实测实验进一步熟悉仪器元件构造、工作条件（水平、铅直、工作电压、光照等）、性能特点、操作规程，选择合理的操作程序，观察、分析、记录实验现象，测量记录数据（注意单位、估读）6、 尽快粗算数据，及时发现问题，必要时进行补测7、 合理处理数据，综合分析现象和数据结果8、 写出完整的实验报告 包括：实验目标、原理方案（简要文字叙述、公式、光路图）、实验仪器（参数）、内容步骤（调节仪器到待测状态的过程、现象记录、出现的问题及解决）、数据列表、数据处理、实验结果、结果分析、实验总结（收获、体会、意见、建议）、列出参考资料目录（名称、作者、来源）实验室提供的主要器材：溴钨灯（白光）+电源、钠光灯（单色光）+电源+灯架、180mm氦氖激光器+电源+灯架通用底座SZ-05、升降调节座SZ-03、二维平移底座SZ-02透镜架SZ-08（2）、二维透镜架SZ-07（2）、双棱镜架SZ-41带支座标尺SZ-33、微尺分划板（1/5、1/10）、毫米尺（30mm）白屏、干版架SZ-18、45度玻璃架SZ-45 延伸架SZ-09透镜（12）焦距mm：4.5、6.2、15；45、50、70、150、190；225、300；34、105光学平台：长1500 mm，边宽25 mm一、望远镜与显微镜组装望远镜和显微镜是常用的助视光学仪器。望远镜主要用来帮助人们观察远处的目标，显微镜则主要用来帮助人们观察近处的微小物体。它们在天文学、电子学、生物学和医学等领域中都起着重要作用。为适应不同用途和性能的要求，望远镜和显微镜的种类很多，构造也各有差异，但它们的基本光学系统都是由一个物镜和一个目镜组成。实验目标：1、 根据所给仪器组装望远镜、显微镜2、 熟悉它们的构造及其放大原理。掌握其调节使用3、 设计光路，分别测量放大率4、 将测量放大率与理论计算放大率进行比较，分析误差来源。5、 了解科学研究的基本过程实验思考问题：（查阅几何光学、工程光学等相关资料）1、如何将各元件调成等高同光轴？2、显微镜放大倍数与哪些因素有关？其镜筒距离改变，放大率如何变化？3、哪些因素限制了显微镜的放大倍数？4、组装显微镜如何选择物镜和目镜？5、组装望远镜如何选择物镜和目镜？6、如何测定望远镜、显微镜放大率？如何消除视差？7、从结构、用途、视角放大率及调焦方法几方面比较望远镜和显微镜异同。例：自组投影仪实验原理：投影光学仪器（幻灯机、投影仪、放大机、放映机）的用途是将待投影物体（透明片上的字或图形）经光源照明后成像在屏幕上以供观看。因此，除要求物像相似、成像清晰外，还要求像足够亮、照度均匀。系统一般由两部分组成：照明系统；成像的投影系统。光源：屏幕上像的照度与光源亮度有关。一般选用亮度大的碘钨灯、溴钨灯、特殊构造白炽灯。聚光镜：照明底片，透镜投影物镜：放大物体透镜焦距选择：决定因素1、 投影距离，L2到H的距离，即L2的像距p32、 投影仪尺寸D，L1物像距之和，即D=p1+p23、 屏幕上像的放大率M=p3/p2由高斯成像公式： 1/p3 + 1/p2 =1/f2 ，M=p3/p2 可得f2 =p3/（M+1）再由 1/p1 + 1/p2 =1/f1 ，D=p1+p2 可得 f1 = p3/M-（p3/M）2 / D可见，已知p3、D、M即可确定f1、f2仪器用具1：溴钨灯S 2：聚光透镜L1（f 1，=50 mm）3：二维架 （SZ-07） 4：幻灯片P 5：干版架（SZ-12） 6：放映物镜L2 （ f o，=190 mm） 7：三维调节架 （SZ-16） 8：白屏H （SZ-13） 9：三维平移底座 （SZ-01） 10：二维平移底座 （SZ-02） 11：升降调节座 （SZ-03） 12：升降调节座（SZ-03） 13：通用底座（SZ-04） I p1 I p2 I p3 I实验内容:1、 设计简易投射式投影仪，提出设计方案 要求：放大倍数M=4.5 ，投影距离p3 =100cm，光源到投影物镜L2距离D=30cm设计方案内容：（1）画出光学系统原理图，并标出相应尺寸（2）算出聚光镜L1和投影物镜L2焦距 f2=p3/(M+1)=1000/(4.5+1)=183mm ;f1=p3/M-（p3/M）2 / D=57mm2、组装、调节、观测（1）利用实验室现有透镜，焦距与计算值接近既可采用 f2=190mm ; f1=50mm（2） 根据方案，先粗调、后细调。共轴；调元件位置，使屏上获得放大且质量较好的像 1）使L1固定在紧靠幻灯片P的位置，取下P，前后移动光源，使其成像于L2所在平面。2）重新装好幻灯片，观察屏上像的亮