光学论文 望远镜的组装与显微镜

1、望远镜的组装与显微镜摘要 望远镜和显微镜都是用途及其广泛的助视光学仪器。望远镜主要是帮助人们观察远处的目标，它的作用在于增大被观测物体对人体的张角，起着视角放大的作用。显微镜主要用来帮助人们观察近处的微小物体。关键词 望远镜，显微镜，视角放大率，组装引言 为了适应不同的性能和要求，望远镜和显微镜的种类很多，构造也各有差异，但是它们的基本光学系统都由一个物镜和一个目镜组成。望远镜和显微镜在天文学、电子学、生物学和医学等领域中都起着十分重要的作用。一、实验原理（一）、望远镜构造及其放大原理1、开普勒式望远镜开普勒式望远镜通常是由两个共轴光学系统组成，我们把它简化为两个凸透镜，其中长焦距的凸透镜作为

2、物镜，短焦距的凸透镜作为目镜。这种望远镜成像是上下左右颠倒的，但视场可以设计的较大，最早由德国科学家开普勒于1611年发明。开普勒式原理由两个凸透镜构成。但这种结构成像是倒立的，所以要在中间增加正像系统。 开普勒式望远镜看到的是虚像, 物镜相当于一个投影仪,目镜相当于一个放大镜。图1所示为开普勒望远镜的光路示意图，图中L0为物镜，Le为目镜。远处物体经物镜后在物镜的像方焦距上成一倒立的实像，像的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离，此像一般是缩小的，近乎位于目镜的物方焦平面上，经目镜放大后成一虚像于观察者眼睛的明视距离于无穷远之间。物镜的作用是将远处物体发出的光经会聚后在目镜物方焦平面上生成

3、一倒立的实像，而目镜起一放大镜作用，把其物方焦平面上的倒立实像再放大成一虚像，供人眼观察。用望远镜观察不同位置的物体时，图1 只需调节物镜和目镜的相对位置，使物镜成的实像落在目镜物方焦平面上，这就是望远镜的“调焦”。2、伽利略式望远镜图2物镜是会聚透镜而目镜是发散透镜的望远镜。光线经过物镜折射所成的实像在目镜的后方（靠近人目的后方）焦点上，这像对目镜是一个虚像，因此经它折射后成一放大的正立虚像。伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。其优点是镜筒短而能成正像，但它的视野比较小。3、望远镜的视角放大率 图3望远镜主要是帮助人们观察远处的目标，它的作用在于增大被观测物体对人眼的张角，起着

4、视角放大的作用。望远镜的视角放大率定义为： （1）用望远镜观察物体时，一般视角均甚小，因此视角之比可以用正切之比代替，于是，光学仪器的放大率近似可以写为： （2）（二）显微镜构造及其放大原理显微镜和望远镜的光学系统十分相似，都是由两个凸透镜共轴组成，其中，物镜的焦距很短，目镜的焦距较长。如图4所示，实物PQ经物镜L0成倒立实像PQ于目镜Le的物方焦点Fe的内侧，再经目镜Le成放大的虚像PQ于人眼的明视距离处。图4用望远镜或显微镜观察物体时，一般视角均甚小，因此视角之比可用其正切之比代替，于是光学仪器的放大率M可近似地写成式中l0是被测物的大小PQ，l是在物体所处平面上被测物的虚像的大小PQ。显

5、微镜的计算放大率二、实验步骤1、伽利略望远镜的组装（1）测出所给透镜的焦距，凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜（2）组装伽利略望远镜：按图2放好各元器件，调节同轴等高，固定目镜，移动物镜，向远处的标尺调焦，使一只眼睛在目镜中间看到清晰的标尺像。（3）设定标尺的指标间距L1为17cm，大致和组装的望远镜等高。睁开双眼，一只眼睛通过组装望远镜看标尺像，另一直眼睛直接注视标尺，用视觉系统同时获得被望远镜放大的标尺像和直观的标尺如图5，把通过望远镜观察到的指标像投影到标尺实物上，记住指标像在实物标尺上的位置，走近标尺读出上下位置间隔L2。 图5(4)求出望远镜的测量放大率M=L1L2，并与计算放大率作比较

6、.2、显微镜（1）如图4放置各器件，调等高同轴（2）将透镜Lo与Le按顺序放在一起，焦距小的作为物镜，焦距大的作为目镜记录两透镜的位置，算出间距d（）（3）沿光具座移动靠近光源的毛玻璃微尺M1，从显微镜系统中得到微尺放大像（4）用白光源照亮毫米尺M2；（5）移动微尺M1，消除视差，读出未放大的M2的格数b所对应的M1的格数a（6）显微镜的测量放大率；显微镜的计算放大率3、测定望远镜的放大率，将测得结果与理论值进行比较。4、测定显微镜的放大率，将测得结果与理论值进行比较。5、自己动手组装望远镜。三、实验数据1、伽利略式望远镜凸透镜（物镜）fo=24.64cm 凹透镜（目镜）fe=11.6cm被测

7、物理量名称标尺中指标在实物标尺中对应的位置红色指标内直观标尺的长度M测量次数114.54.5101.70214.24.39.91.72314.44.89.61.772、显微镜fo =4cm fe=2cm标尺M1LoLe标尺上的位置cm2341.248M2 1.5格（1.5mm）对应的M1的长度a 10 格（1cm/格）四、实验分析1、伽利略望远镜测量的视角放大率M=1.73理论值M=fofe=2.124实验值与理论值相对偏差E=（2.124-1.73）/2.124 100%=18.54%2、显微镜 测量放大率M=1.5理论值M=2.5实验值与理论值相对偏差E=（2.5-1.5）/2.5 100

8、%=40%显微镜比望远镜的偏差更大。3、误差分析（1）读数时的误差。由于光学实验容易使眼睛产生疲劳，而且比如测物像共面的视放大率时需要两眼分别观察望远镜内、外，读数比较困难，因此读数误差应该是实验中的主要误差。 尤其是在显微镜的视角放大率测量时，标尺M2的刻度实在是不清晰。（2）仪器误差。比如标尺的分度值是 1mm，可能限制了读数的准确性。 （3）利用计算近似结果组装显微镜会造成误差。 （4）共轴调节只采取了粗调会造成误差。五、结论及展望通过这次设计性实验，我发现望远镜和显微镜在结构和使用上有相同点也有不同点。 在结构上，显微镜和开普勒式望远镜都是用凸透镜做目镜。显微镜和望远镜的物镜都成实像

9、y ， y 相对目镜的距离小于目镜的焦距，经目镜成正立放大的虚像。 不同点是显微镜物镜的焦距比目镜的焦距短，两镜间距离可调节，望远镜物镜的焦距比目镜的焦距长。显微镜物距大于物镜焦距并小于物镜二倍焦距，物经物镜成一个倒立放大的实像； 望远镜物镜的后焦点与目镜的前焦点重合，物距大于物镜二倍焦距，物经物镜在物镜焦点附近成一个倒立 缩小的实像。在使用上，显微镜和望远镜都可以增大观察者的视角。不同点是显微镜用来观察近处细微物体，望远镜用来观察远处的物体。希望以后自己动手制作望远镜，在镜筒伸缩的距离上可以做得更好一些。六、实验感想在正式做实验前，我查阅了大量的资料，做了充分的预习， 对实验的原理有了正确的理解， 所需计算的公式也提前推导出， 不占用实验的时间推导公式，因而提高了实验的效率。 这次实验在读数的过程中要非常细心。因为要自己动手组装望远镜，所以实验提高了我的动手能力。在写论文的过程中发现显微镜的数据不对，马上又回实验室重测，体现了我认真的态度。这次实验对眼睛的要求太高了，读显微镜标尺数的时候，我真的有些看不清。实验中需要自己推到一些公式，锻炼了分析问题解决问题的能力。凹透镜焦距的测量我之前没有掌握，那么通过这次试验我熟练的