望遠鏡和顯微鏡實驗報告(共14頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上望遠鏡和顯微鏡實驗報告BME8鮑小凡【實驗目的】（1）了解望遠鏡和顯微鏡的構(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量方法；（3）進一步熟悉透鏡成像規(guī)律。【實驗原理】一、望遠鏡1、望遠鏡的基本光學系統(tǒng)無窮遠處物體發(fā)出的光經(jīng)物鏡后在物鏡焦平面上成一倒立縮小的實像，再利用目鏡將此實像成像于無窮遠處，使視角增大，利于人眼觀察。圖1望遠鏡的基本光學系統(tǒng)使用望遠鏡時，應先調(diào)目鏡，看清分劃板，再調(diào)鏡筒長度。使被觀察物清晰可見并與分劃板叉絲無視差（中間像落在分劃板平面上）。2、望遠鏡的視放大率。記目視光學儀器所成的像對人眼的張角為，物體直接對人眼的張角為

2、，則視放大率：由幾何光路可知：因此，望遠鏡的視放大率：實際測量望遠鏡無焦系統(tǒng)的視放大率時，利用圖二所示的光路圖。當物y較近時，即物距：時，物鏡所成的像會位于Oe右側(cè)（實像）或左側(cè)（虛像），經(jīng)目鏡后，即成縮小的實像y，于是視放大率：圖2測望遠鏡的視放大率圖3、物像共面時的視放大率。當望遠鏡的被觀測物位于有限遠時，望遠鏡的視放大率可以通過移動目鏡把像y推遠到與物y在一個平面上來測量。如圖三。此時：于是可以得到望遠鏡物像共面時的視放大率：可見，當物距L1大于20倍物鏡焦距時，它和無窮遠時的視放大率差別很小?？梢姡斘锞郘1大于20倍物鏡焦距時，它和無窮遠時的視放大率差別很小。圖3測望遠鏡物象共面時的

3、視放大率二、顯微鏡1、顯微鏡的基本光學系統(tǒng)顯微鏡的物鏡、目鏡都是會聚透鏡，位于物鏡物方焦點外側(cè)附近的微小物體經(jīng)物鏡放大后先成一放大的實像，此實像再經(jīng)目鏡成像于無窮遠處，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 顯微鏡基本光學系統(tǒng)使用時需先進行視度調(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見并與分劃板叉絲的像無視差。2、顯微鏡的視放大率。顯微鏡的視放大率定義為像對人眼的張角的正切和物在明視距離D=250處時直接對人眼的張角的正切之比。于是由三角關(guān)系得：其中，為物鏡的線放大率，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，光學間隔

4、越大，顯微鏡的放大倍數(shù)越大。圖5顯微鏡成像于有限遠時的光路圖當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處觀察時（如圖五），顯微鏡的視放大率為：中間像并不在目鏡的物方焦平面上，。這時視放大率的測量可通過一個與主光軸成45度的半透半反鏡把一帶小燈的標尺成虛像至顯微鏡的像平面，直接比較測量像長y，即可得出視放大率：3、測量顯微鏡它由線放大率0為固定值的物鏡和測微目鏡組成。使用時調(diào)整測量顯微鏡位置使得成像在叉絲平面上，則像的實際大小為測微目鏡測量值除以0?！緦嶒瀮x器】望遠鏡實驗：物鏡1件，目鏡1件，測量顯微鏡1件（物鏡線放大率），豎直標尺1件（分格值5.0mm），導軌1臺，滑塊若干，像屏1

5、件。顯微鏡實驗：物鏡1件，目鏡1件，半透半反鏡1件，玻璃標尺1件（分格值0.20mm），帶小燈毫米標尺1件，木尺1把，導軌1臺，滑塊若干?！緦嶒炄蝿铡恳弧⑼h鏡實驗自己組裝望遠鏡。并測量其視放大率。測量物距為離望遠鏡物鏡65.00cm且物像共面時的視放大率。實驗中用日光燈照亮豎直標尺作為望遠鏡的“物”，并作共軸調(diào)節(jié)，使物標尺上的十字焦點與透鏡，共軸，且該軸與光具座導軌平行。（1）望遠鏡無焦系統(tǒng)的視放大率即，焦點重合時的視放大率。透鏡間距=，用測量顯微鏡測出豎直標尺上3小格（15.0mm）經(jīng)望遠鏡所成像的大小。重復測量3次，取平均值，計算視放大率，比較實驗值與理論值，計算相對偏差。（2）測量物距

6、為離望遠鏡物鏡65.00cm且物像共面時的視放大率。移動目鏡，使從目鏡中能看到豎直標尺的像，一眼從外直接觀察豎直標尺，另一眼看標尺的像，一邊輕輕晃動眼睛，一邊緩慢移動目鏡位置，使標尺與其像之間基本沒有視差。測出與標尺像上n格所對應的標尺上的m格，最后求出視放大率的平均值，并比較實驗值與計算值，計算相對偏差。二、顯微鏡實驗自己設計組裝一臺觀察點位于目鏡后焦點、成像于人眼明視距離D=250mm處、視放大率為20倍的顯微鏡。并實際測量該顯微鏡的視放大率。（1）設計、計算物鏡與目鏡間距。求出中間像距物鏡、目鏡的間距，可得出。（2）按計算值在光具座上安裝好一臺顯微鏡，以綠色帶小燈的玻璃標尺作物，調(diào)節(jié)物距

7、，通過目鏡看清楚此綠色標尺的像。測量視放大率時可參照圖6裝配儀器。使通過P同時看到的毫米標尺AB的像和玻璃標尺像間消視差。若綠色玻璃標尺上n格與毫米標尺的m分格等大，則：其中t為毫米標尺的分格值，t=1.0mm，為玻璃標尺的分格值，=0.20mm。共需測量三次，求平均視放大率，并與設計值比較，計算相對偏差。圖6測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、標定測量顯微鏡：用綠色刻尺（每格0.20mm）作為標準標定測量顯微鏡，測量顯微鏡編號 13 標準物y= 2 mm（10格），像y=1.85mm，顯微鏡物鏡放大率0= 0.9252、望遠鏡實驗物鏡編號10 ，物鏡焦距fo=15.44cm

8、，目鏡編號04，目鏡焦距fe=3.14cm。物屏位置55.00cm，物鏡位置Lo=120.00cm，目鏡位置Le=140.50cm，測量顯微鏡位置=149.55cm。測量序號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尺作為望遠鏡的“物”，使物標尺上的十字交點與透鏡Lo、Le共軸，且該軸與光具座的導軌平行。通過測無焦系統(tǒng)的橫向放大率來測望遠鏡的放大率（L1=65cm）使透鏡間距為fo+fe，用測量顯微鏡測出豎直標尺上“E”字高

9、經(jīng)望遠鏡后所成像的大小y，重復測量三次取平均值，計算出視放大率，并比較實驗值與理論值，計算相對偏差。= 2.799mm ，E字高y= 12.70mm ，實驗值 4.537 ，理論值= 4.917 。實驗值與理論值相對偏差=_7.728%_。實驗時認為0= 1.000計算。理論推導：考慮0= 0.925。理論值：3、望遠鏡物像共面時的視放大率原始數(shù)據(jù)如下：測量序號123物格數(shù)m111像格數(shù)n8.27.88.38.27.88.3視放大率=的推導：（光路圖如下）計算：由幾何關(guān)系得到；（為與的距離）故即實驗值與理論值相對偏差3、顯微鏡實驗（1）利用所提供條件及物鏡目鏡焦距設計、計算物鏡與目鏡間距l(xiāng)物鏡

10、編號 11 ，fo= 4.83 cm，目鏡編號 04 ，fe= 3.14 cm=16.96cm=2.74cm則l=qo+pe=19.70 cm（2）物桿位置 112.55cm，物鏡位置Lo= 120.00 cm，目鏡Le= 139.70 cm，半透半反鏡位置= 145.80 cm，則半透半反鏡與目鏡間距s= 6.10cm，目鏡與物的距離l=D-fe= 21.86 cm，則標尺位置X=s+l= 27.69 cm=0.2mm,t=1.0mm測量序號123比照標尺格數(shù)m81215帶小燈的標尺格數(shù)n234M=mt/n20201919.7 , 測量值與理論值相對偏差=1.5%誤差分析本實驗中可能造成誤差

11、的原因有：（1）讀數(shù)時的誤差。由于光學實驗容易使眼睛產(chǎn)生疲勞，而且比如測物像共面的視放大率時需要兩眼分別觀察望遠鏡內(nèi)、外，讀數(shù)比較困難，因此讀數(shù)誤差應該是實驗中的主要誤差。（2）儀器誤差。比如標尺的分度值是0.5cm，限制了讀數(shù)的準確性。（3）利用計算近似結(jié)果組裝顯微鏡會造成誤差。（4）目鏡的共軸調(diào)節(jié)只采取了粗調(diào)會造成誤差。【思考題解答】1、用同一臺望遠鏡觀測不同距離的物體時，其視放大率是否改變？答：由前面分析可知，對于無焦系統(tǒng)，改變物距，視放大率不變。物像共面時的視放大率，物距增大，視放大率減??；物距減小，視放大率增大。這從前面相應光路圖中也能看出。2、本實驗中使用的測量顯微鏡物鏡的線放大率

12、為1.000倍，目鏡的視放大率約為10倍，用它測量像高的大小時，為什么顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)不用考慮？答：因為視放大鏡內(nèi)的主尺也被放大了同樣的倍數(shù)，即通過該目鏡測得的的刻度與實際測得的刻度數(shù)（實際標尺）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鏡調(diào)焦到無窮遠，使物鏡的像方焦點和目鏡的物方焦點重合（假定目鏡、物鏡的焦距未知或欠準）？答：先將平行光管置于物鏡左側(cè)，右側(cè)放一接收屏P，調(diào)節(jié)P的位置，使其上出現(xiàn)一個亮點，記下P位置，該處即為。固定接受屏P，在P右側(cè)放置目鏡，右側(cè)放置平行光管，調(diào)節(jié)位置，使P上出現(xiàn)一個亮點，則此時和重合，即和組成無焦系統(tǒng)。4、望遠鏡和顯微鏡結(jié)構(gòu)和使用上有哪

13、些相同點和不同點？答：結(jié)構(gòu)上：相同點：顯微鏡和望遠鏡都是用凸透鏡做目鏡。（顯微鏡和開普勒望遠鏡都是用凸透鏡做物鏡。）顯微鏡和望遠鏡的物鏡都成實像，相對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：顯微鏡物鏡的焦距很短，目鏡焦距要比物鏡焦距稍長，兩鏡間距離可調(diào)節(jié)，望遠鏡物鏡焦距較長，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)物鏡成一個倒立放大的實像；望遠鏡物鏡的后焦點與目鏡的前焦點重合，物距大于物鏡二倍焦距，物經(jīng)物鏡在物鏡焦點附近成一個倒立縮小的實像。另外，有的望遠鏡（如伽利略望遠鏡）物鏡是凹透鏡，有的望遠鏡（如牛頓反射式望遠鏡）物鏡是凹鏡，而顯微鏡物鏡都是凸透鏡。

14、使用上：相同點：顯微鏡和望遠鏡都可以增大觀察者的視角。不同點：顯微鏡用來觀察近處看不清的細微物體或物體的細微部分，望遠鏡用來觀察遠處看不清的大物體?！究偨Y(jié)與反思】1、因為此次實驗前做了充分的預習，對實驗的原理有了正確的理解，所需計算的參數(shù)公式也提前推導出，不占用實驗的時間推導公式，因而提高了實驗的效率，確保實驗能當堂完成。所以說實驗前的充分預習是十分必要的2、這次實驗儀器調(diào)節(jié)極其需要耐心，讀數(shù)極其需要細心。實驗過程培養(yǎng)了動手能力和認真的態(tài)度。今天做的實驗對眼睛的要求也是很高的，在實驗技巧性上比起其它實驗也要強，做起來比較辛苦，所用的時間也比較長，需要一定程度的熟練使用光學儀器才能提高實驗技能和

15、實驗效率。3、實驗中需要自己推到一些公式，鍛煉了分析問題解決問題的能力。而且，本實驗中具有自己設計儀器并加以驗證的環(huán)節(jié)，具有探索性，十分有趣，也啟發(fā)我們進行了分析和思考，收獲很大。最后，謝謝老師的悉心指導，幫助我們順利完成了本學期最后一次大物實驗！【原始數(shù)據(jù)記錄表格】1、標定測量顯微鏡：用綠色刻尺（每格0.20mm）作為標準標定測量顯微鏡，測量顯微鏡編號 標準物y= mm（10格），像y=，顯微鏡物鏡放大率0= 2、望遠鏡實驗物鏡編號，物鏡焦距fo=，目鏡編號，目鏡焦距fe=。物屏位置，物鏡位置Lo=，目鏡位置Le=，測量顯微鏡位置=。測量序號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= ，實驗值 ，理論值= 。實驗值與理論值相對偏差=_。3、望遠鏡物像共面時的視放大率測量序號123物格數(shù)m像格數(shù)n