望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、_望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡實(shí)驗(yàn)報(bào)告BME8鮑小凡2008013215【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?1）了解望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的構(gòu)造及其放大原理，并掌握其使用方法；（ 2）了解放大率等的概念并掌握其測(cè)量方法；（ 3）進(jìn)一步熟悉透鏡成像規(guī)律?！緦?shí)驗(yàn)原理】一、望遠(yuǎn)鏡1、望遠(yuǎn)鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)無(wú)窮遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光經(jīng)物鏡后在物鏡焦平面上成一倒立縮小的實(shí)像，再利用目鏡將此實(shí)像成像于無(wú)窮遠(yuǎn)處，使視角增大，利于人眼觀察。精品資料_圖 1望遠(yuǎn)鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)使用望遠(yuǎn)鏡時(shí)，應(yīng)先調(diào)目鏡，看清分劃板，再調(diào)鏡筒長(zhǎng)度。使被觀察物清晰可見(jiàn)并與分劃板叉絲無(wú)視差（中間像落在分劃板平面上）。2、望遠(yuǎn)鏡的視放大率。記目視光學(xué)儀器所成的像對(duì)人眼的張角為，物體直接

2、對(duì)人眼的張角為，則視放大率：tantan由幾何光路可知：tany , tan y y f0 fefe 因此，望遠(yuǎn)鏡的視放大率：f0 Tfe 實(shí)際測(cè)量望遠(yuǎn)鏡無(wú)焦系統(tǒng)的視放大率時(shí)，利用圖二所示的光路圖。當(dāng)物y 較近時(shí)，即物距：L1f 0 1f0 f e 時(shí)，物鏡所成的像會(huì)位于Oe 右側(cè)（實(shí)像）或左側(cè)（虛像），經(jīng)目鏡后， 即成縮小的實(shí)像y，于是視放大率：精品資料_f0f0 yTf ey fe圖 2測(cè)望遠(yuǎn)鏡的視放大率圖3、物像共面時(shí)的視放大率。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡的被觀測(cè)物位于有限遠(yuǎn)時(shí)，望遠(yuǎn)鏡的視放大率可以通過(guò)移動(dòng)目鏡把像y推遠(yuǎn)到與物y 在一個(gè)平面上來(lái)測(cè)量。如圖三。此時(shí)：tan y , tanyLL于是可以得到望

3、遠(yuǎn)鏡物像共面時(shí)的視放大率：y f0 Lf e Tfe L1f 0 y可見(jiàn)，當(dāng)物距L1 大于 20 倍物鏡焦距時(shí)，它和無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)的視放大率差別很小?？梢?jiàn)，當(dāng)物距L1 大于 20 倍物鏡焦距時(shí)，它和無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)的視放大率差別很小。圖 3測(cè)望遠(yuǎn)鏡物象共面時(shí)的視放大率精品資料_二、顯微鏡1、顯微鏡的基本光學(xué)系統(tǒng)顯微鏡的物鏡、目鏡都是會(huì)聚透鏡，位于物鏡物方焦點(diǎn)外側(cè)附近的微小物體經(jīng)物鏡放大后先成一放大的實(shí)像，此實(shí)像再經(jīng)目鏡成像于無(wú)窮遠(yuǎn)處，這兩次放大都使得視角增大。為了適于觀察近處的物體，顯微鏡的焦距都很短。圖 4 顯微鏡基本光學(xué)系統(tǒng)使用時(shí)需先進(jìn)行視度調(diào)節(jié)使分劃板叉絲的像位于人眼明視距離處，再調(diào)焦使被觀察物清晰可

4、見(jiàn)并與分劃板叉絲的像無(wú)視差。2、顯微鏡的視放大率。顯微鏡的視放大率定義為像對(duì)人眼的張角的正切和物在明視距離D=250 處時(shí)直接對(duì)人眼的張角的正切之比。于是由三角關(guān)系得：y fe Dy DMfe yfe f 00 ey D其中，0y yf0 為物鏡的線放大率，eD fe 為目鏡的視放大率。從上式可看出，顯微鏡的物鏡、目鏡焦距越短，光學(xué)間隔越大，顯微鏡的放大倍數(shù)越大。精品資料_圖 5顯微鏡成像于有限遠(yuǎn)時(shí)的光路圖當(dāng)顯微鏡成虛像于距目鏡為l的位置上，而人眼在目鏡后焦點(diǎn)處觀察時(shí)（如圖五），顯微鏡的視放大率為：My l fe y l f e y Dy 0 ey Dy Dyfe y中間像并不在目鏡的物方焦平

5、面上，0y yf 0 。這時(shí)視放大率的測(cè)量可通過(guò)一個(gè)與主光軸成45 度的半透半反鏡把一帶小燈的標(biāo)尺成虛像至顯微鏡的像平面，直接比較測(cè)量像長(zhǎng)y，即可得出視放大率：y M3、測(cè)量顯微鏡y它由線放大率0 為固定值的物鏡和測(cè)微目鏡組成。使用時(shí)調(diào)整測(cè)量顯微鏡位置使得成像在叉絲平面上，則像的實(shí)際大小為測(cè)微目鏡測(cè)量值除以0。【實(shí)驗(yàn)儀器】望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)：物鏡 1 件，目鏡1 件，測(cè)量顯微鏡1 件（物鏡線放大率01.000 ），豎直標(biāo)尺1 件（分格值 5.0mm ），導(dǎo)軌 1 臺(tái)，滑塊若干，像屏1 件。精品資料_顯微鏡實(shí)驗(yàn)：物鏡 1 件，目鏡1 件，半透半反鏡1 件，玻璃標(biāo)尺1 件（分格值0.20mm ），帶小燈毫

6、米標(biāo)尺 1 件，木尺1 把，導(dǎo)軌 1 臺(tái)，滑塊若干?！緦?shí)驗(yàn)任務(wù)】一、望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)自己組裝望遠(yuǎn)鏡。并測(cè)量其視放大率。測(cè)量物距為離望遠(yuǎn)鏡物鏡65.00cm且物像共面時(shí)的視放大率。實(shí)驗(yàn)中用日光燈照亮豎直標(biāo)尺作為望遠(yuǎn)鏡的“物 ”，并作共軸調(diào)節(jié)，使物標(biāo)尺上的十字焦點(diǎn)與透鏡L e ，L 0 共軸，且該軸與光具座導(dǎo)軌平行。（ 1）望遠(yuǎn)鏡無(wú)焦系統(tǒng)的視放大率即L e ， L 0 焦點(diǎn)重合時(shí)的視放大率。透鏡間距 = f 0f e ，用測(cè)量顯微鏡測(cè)出豎直標(biāo)尺上3 小格（ 15.0mm ）經(jīng)望遠(yuǎn)鏡所成像的大小y 。重復(fù)測(cè)量 3 次，取平均值y ，計(jì)算視放大率，比較實(shí)驗(yàn)值與理論值，計(jì)算相對(duì)偏差。（ 2）測(cè)量物距為離望遠(yuǎn)鏡

7、物鏡65.00cm且物像共面時(shí)的視放大率。移動(dòng)目鏡，使從目鏡中能看到豎直標(biāo)尺的像，一眼從外直接觀察豎直標(biāo)尺，另一眼看標(biāo)尺的像，一邊輕輕晃動(dòng)眼睛，一邊緩慢移動(dòng)目鏡位置，使標(biāo)尺與其像之間基本沒(méi)有視差。測(cè)出與標(biāo)尺像上n 格所對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺上的m 格，最后求出視放大率的平均值，并比較實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值，計(jì)算相對(duì)偏差。二、顯微鏡實(shí)驗(yàn)自己設(shè)計(jì)組裝一臺(tái)觀察點(diǎn)位于目鏡后焦點(diǎn)、成像于人眼明視距離D=250mm處、視放大率為20 倍的顯微鏡。并實(shí)際測(cè)量該顯微鏡的視放大率。（ 1）設(shè)計(jì)、計(jì)算物鏡與目鏡間距。求出中間像y 距物鏡、目鏡的間距q 0 ， pe ，可得出 lq 0pe 。精品資料_（ 2）按計(jì)算值在光具座上安裝好

8、一臺(tái)顯微鏡，以綠色帶小燈的玻璃標(biāo)尺作物，調(diào)節(jié)物距，通過(guò)目鏡看清楚此綠色標(biāo)尺的像。測(cè)量視放大率時(shí)可參照?qǐng)D6 裝配儀器。使通過(guò)P 同時(shí)看到的毫米標(biāo)尺AB 的像和玻璃標(biāo)尺像間消視差。若綠色玻璃標(biāo)尺上n 格與毫米標(biāo)尺的m 分格等大，則：ymtTny其中 t 為毫米標(biāo)尺的分格值，t=1.0mm ，為玻璃標(biāo)尺的分格值，=0.20mm 。共需測(cè)量三次，求平均視放大率，并與設(shè)計(jì)值比較，計(jì)算相對(duì)偏差。圖 6測(cè)顯微鏡視放大率的儀器裝配圖【數(shù)據(jù)處理和誤差分析】1、標(biāo)定測(cè)量顯微鏡：用綠色刻尺（每格0.20mm ）作為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定測(cè)量顯微鏡，測(cè)量顯微鏡編號(hào)13標(biāo)準(zhǔn)物 y=2mm （ 10 格），像 y=1.85mm，顯微鏡

9、物鏡放大率0=0.9252、望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)物鏡編號(hào)10 ，物鏡焦距fo=15.44cm，目鏡編號(hào)04，目鏡焦距fe=3.14cm。精品資料_物屏位置55.00cm，物鏡位置Lo=120.00cm，目鏡位置Le=140.50cm，測(cè)量顯微鏡位置=149.55cm。測(cè)量序號(hào)123E 字上端線位置d1(mm)5.3205.4145.344E 字下端線位置d2(mm)2.5442.5502.586像高 y=(d1-d2)/ o(mm)2.7762.8642.758先做共軸調(diào)節(jié)，用日光燈照亮豎直標(biāo)尺作為望遠(yuǎn)鏡的“物 ”，使物標(biāo)尺上的十字交點(diǎn)與透鏡Lo、 Le 共軸，且該軸與光具座的導(dǎo)軌平行。通過(guò)測(cè)無(wú)焦系統(tǒng)的

10、橫向放大率來(lái)測(cè)望遠(yuǎn)鏡的放大率（L1=65cm ）使透鏡間距為fo+fe ，用測(cè)量顯微鏡測(cè)出豎直標(biāo)尺上“E ”字高經(jīng)望遠(yuǎn)鏡后所成像的大小y，重復(fù)測(cè)量三次取平均值y ，計(jì)算出視放大率，并比較實(shí)驗(yàn)值與理論值，計(jì)算相對(duì)偏差。= 2.799mm，E 字高 y= 12.70mm，實(shí)驗(yàn)值4.537，理論值Tf o / fe = 4.917。實(shí)驗(yàn)值與理論值相對(duì)偏差=_7.728%_ 。實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)為0=1.000計(jì)算。理論推導(dǎo)：考慮0=0.925。15y i12.758） mm 2.799mmy（2.776 2.8645 i 13T 0.925y12.70Ty / T4.1972.799 / 0.925精品資料_

11、f 015.44理論值： T4.917f e3.14ET實(shí)驗(yàn)T 理論100%4.917 - 4.197 100% 9.6%T理論4.9173、望遠(yuǎn)鏡物像共面時(shí)的視放大率原始數(shù)據(jù)如下：測(cè)量序號(hào)123物格數(shù) m111像格數(shù) n8.27.88.38.27.88.3視放大率=1(8.2 7.8 8.3） 8.13理論 的推導(dǎo)：（光路圖如下）計(jì)算：由幾何關(guān)系得到y(tǒng)L f eyf 0f 0（為 y 與 L 0 的距離）y；f ey f 0L1L 1 - f 0精品資料_故yy yL f ef 0f 0 （Lf e）理論f e（L 1f 0）yyyf eL 1 - f 0即f 0 （ Lf e）理論f 0）

12、f e（ L 1f 0 （ Lf e） 15.44（140.50 - 55.00） 3.14理論f 0）3.14 （658.79f e（ L 115.44）實(shí)驗(yàn)值與理論值相對(duì)偏差ET實(shí)驗(yàn)T 理論100%8.10 - 8.79 100% 7.8%T理論8.793、顯微鏡實(shí)驗(yàn)（ 1）利用所提供條件及物鏡目鏡焦距設(shè)計(jì)、計(jì)算物鏡與目鏡間距l(xiāng)物鏡編號(hào)11 ，fo =4.83cm ，目鏡編號(hào)04，fe =3.14cmqo的推導(dǎo) :y y y D qofo M f e f o My yfe fo qofo =16.96cmyDy DD fe pefe (D fe )f e fe 2pe的推導(dǎo) :fe peD

13、=2.74cmy D則 l=q o+p e=19.70 cm（ 2）物桿位置112.55cm ，物鏡位置Lo= 120.00cm ，目鏡 Le= 139.70 cm，半透半反鏡位置=145.80cm ，則半透半反鏡與目鏡間距s=6.10cm ，目鏡與物的距離l=D-fe =21.86cm ，則標(biāo)尺位置X=s+l = 27.69cm=0.2mm,t=1.0mm精品資料_測(cè)量序號(hào)123比照標(biāo)尺格數(shù) m81215帶小燈的標(biāo)尺格數(shù) n234M=mt/n 202019M 19.7 , 測(cè)量值與理論值相對(duì)偏差 =1.5%誤差分析本實(shí)驗(yàn)中可能造成誤差的原因有：（ 1）讀數(shù)時(shí)的誤差。由于光學(xué)實(shí)驗(yàn)容易使眼睛產(chǎn)生

14、疲勞，而且比如測(cè)物像共面的視放大率時(shí)需要兩眼分別觀察望遠(yuǎn)鏡內(nèi)、外，讀數(shù)比較困難，因此讀數(shù)誤差應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)中的主要誤差。（ 2）儀器誤差。比如標(biāo)尺的分度值是0.5cm ，限制了讀數(shù)的準(zhǔn)確性。（ 3）利用計(jì)算近似結(jié)果組裝顯微鏡會(huì)造成誤差。（ 4）目鏡的共軸調(diào)節(jié)只采取了粗調(diào)會(huì)造成誤差。【思考題解答】1、用同一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)不同距離的物體時(shí)，其視放大率是否改變？答：由前面分析可知，對(duì)于無(wú)焦系統(tǒng)Tf 0 ，改變物距，視放大率不變。f ef 0 （ Lf e）物像共面時(shí)的視放大率，f，物距增大，視放大率減??；物距減小，視放大率增大。這從f e（ L 10）精品資料_前面相應(yīng)光路圖中也能看出。2、本實(shí)驗(yàn)中使用的

15、測(cè)量顯微鏡物鏡的線放大率為1.000 倍，目鏡的視放大率約為10 倍，用它測(cè)量像高y的大小時(shí)，為什么顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)不用考慮？答：因?yàn)橐暦糯箸R內(nèi)的主尺也被放大了同樣的倍數(shù)，即通過(guò)該目鏡測(cè)得的y 的刻度與實(shí)際測(cè)得的y 刻度數(shù)（實(shí)際標(biāo)尺）相同，故微鏡目鏡的放大倍數(shù)不用考慮。3、如何利用平行光管將望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦到無(wú)窮遠(yuǎn)，使物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)重合（假定目鏡、物鏡的焦距未知或欠準(zhǔn)）？答：先將平行光管置于物鏡L 0 左側(cè)， L 0 右側(cè)放一接收屏P，調(diào)節(jié) P 的位置，使其上出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，記下P 位置，該處即為 F0 。固定接受屏 P，在 P 右側(cè)放置目鏡L e ， L e 右側(cè)放置平行光管，調(diào)

16、節(jié)L e 位置，使P 上出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，則此時(shí)F0 和 Fe 重合，即 L 0 和 L e 組成無(wú)焦系統(tǒng)。4、望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡結(jié)構(gòu)和使用上有哪些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？答： 結(jié)構(gòu)上：相同點(diǎn)：顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡都是用凸透鏡做目鏡。（顯微鏡和開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡都是用凸透鏡做物鏡。）顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的物鏡都成實(shí)像y ， y 相對(duì)目鏡的距離小于目鏡的焦距，經(jīng)目鏡成正立放大的虛像。不同點(diǎn)：顯微鏡物鏡的焦距很短，目鏡焦距要比物鏡焦距稍長(zhǎng)，兩鏡間距離可調(diào)節(jié)，望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距較長(zhǎng)，目鏡焦距較短。顯微鏡物距大于物鏡焦距并小于物鏡二倍焦距，物經(jīng)物鏡成一個(gè)倒立放大的實(shí)像；望遠(yuǎn)鏡物鏡的后焦點(diǎn)與目鏡的前焦點(diǎn)重合，物距大于物鏡二倍焦距，物經(jīng)物鏡在

17、物鏡焦點(diǎn)附近成一個(gè)倒立縮小的實(shí)像。另外，有的望遠(yuǎn)鏡（如伽利略望遠(yuǎn)鏡）物鏡是凹透鏡，有的望遠(yuǎn)鏡（如牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡）物鏡是凹鏡，而顯微鏡物鏡都是凸透鏡。使用上：精品資料_相同點(diǎn)：顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡都可以增大觀察者的視角。不同點(diǎn)：顯微鏡用來(lái)觀察近處看不清的細(xì)微物體或物體的細(xì)微部分，望遠(yuǎn)鏡用來(lái)觀察遠(yuǎn)處看不清的大物體?！究偨Y(jié)與反思】1、因?yàn)榇舜螌?shí)驗(yàn)前做了充分的預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理有了正確的理解，所需計(jì)算的參數(shù)公式也提前推導(dǎo)出，不占用實(shí)驗(yàn)的時(shí)間推導(dǎo)公式，因而提高了實(shí)驗(yàn)的效率，確保實(shí)驗(yàn)?zāi)墚?dāng)堂完成。所以說(shuō)實(shí)驗(yàn)前的充分預(yù)習(xí)是十分必要的2、這次實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)極其需要耐心，讀數(shù)極其需要細(xì)心。實(shí)驗(yàn)過(guò)程培養(yǎng)了動(dòng)手能力和認(rèn)真的

18、態(tài)度。今天做的實(shí)驗(yàn)對(duì)眼睛的要求也是很高的，在實(shí)驗(yàn)技巧性上比起其它實(shí)驗(yàn)也要強(qiáng)，做起來(lái)比較辛苦，所用的時(shí)間也比較長(zhǎng)，需要一定程度的熟練使用光學(xué)儀器才能提高實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)效率。3、實(shí)驗(yàn)中需要自己推到一些公式，鍛煉了分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。而且，本實(shí)驗(yàn)中具有自己設(shè)計(jì)儀器并加以驗(yàn)證的環(huán)節(jié)，具有探索性，十分有趣，也啟發(fā)我們進(jìn)行了分析和思考，收獲很大。最后，謝謝老師的悉心指導(dǎo)，幫助我們順利完成了本學(xué)期最后一次大物實(shí)驗(yàn)！精品資料_【原始數(shù)據(jù)記錄表格】1、標(biāo)定測(cè)量顯微鏡：用綠色刻尺（每格0.20mm ）作為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定測(cè)量顯微鏡，測(cè)量顯微鏡編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)物 y=mm （ 10 格），像 y=，顯微鏡物鏡放大率0=2、望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)物鏡編號(hào)，物鏡焦距fo=，目鏡編號(hào)，目鏡焦距fe=。物屏位置，物鏡位置Lo=，目鏡位置Le=，測(cè)量顯微鏡位置=。測(cè)量序號(hào)123E 字上端線位置d1(mm)E 字下端線位置d2(mm)像高 y=(d1-d2)/ o(mm)=， E 字高 y=，實(shí)驗(yàn)值，理論值Tfo / fe =。精品資料_實(shí)驗(yàn)值與理論值相對(duì)偏差=_ 。3、望遠(yuǎn)鏡物像共面時(shí)的視放大率測(cè)量序號(hào)123物格數(shù) m像格數(shù) n4、顯微鏡實(shí)驗(yàn)（ 1）利用所提供條件及物鏡目鏡焦距，設(shè)計(jì)、計(jì)算物鏡與目鏡間距l(xiāng)物鏡編號(hào)，fo =cm ，目鏡編號(hào)，fe =cm 。設(shè)計(jì)光路圖：qo的推導(dǎo) :y y y D qofo M f e f o My