实验显微镜望远镜双棱镜率
测量双棱镜的锐角及折射率实验报告
测量双棱镜的锐角及折射率实验报告1.了解双棱镜的结构和工作原理；2.掌握用双棱镜测量介质的折射率的方法。
实验仪器：双棱镜、单色光源、读数显微镜、三角架、光学平台和光学平台夹子。
实验原理：双棱镜是由两个三棱镜面互贴而成的光学器件，它们之间的夹角为顶角，顶角较小的一面称为锐角面（R面），顶角较大的一面称为钝角面（P面）。
当光线从空气或真空中以一定角度入射到R面上时，由于介质的折射率不同，产生折射现象，光线将会被分为两部分，一部分向下折射，一部分向上反射。
反射光线不参与后续测量。
在实验中，利用单色光源照射双棱镜的方案来测量双棱镜的折射率。
将光源固定在三角架上，使其照射到双棱镜的R面上。
通过读数显微镜来读取当光线从空气中入射，并通过P面后，再次进入空气时的偏转角度θ。
此时，光线的折射角为i=θ/2。
这时，可以根据双棱镜中夹角α的大小，以及空气的折射率（一般近似为1），来求出双棱镜的折射率n，公式如下：n=sin[(α+i)/2]/sin(α/2)实验步骤：1.固定双棱镜，调整单色光源的灯丝位置，使光线方向与双棱镜的R面成较小的角度。
2.通过读数显微镜来读取光线从空气中入射，并通过P面后，再次进入空气时的偏转角度θ。
3.更换双棱镜的R面和P面，重新测量一组数据。
4.测量完成后，记录所得数据并计算双棱镜的折射率n。
实验结果：测量数据记录表如下：测量次数α（°）i（°）n1 60 31.6 1.532 60 31.6 1.53平均值60 31.6 1.53根据公式n=sin[(α+i)/2]/sin(α/2)，可得双棱镜的折射率n=1.53。
实验结论：通过测量双棱镜的锐角及折射率，我们可以得到以下结论：1.双棱镜的折射率是由顶角的大小决定的。
2.使用单色光源来测量双棱镜的折射率时，需要注意光源方向与双棱镜R面的角度应尽可能小，并且测量次数应进行多次平均，结果更准确。
3.值得注意的是，此实验的测量结果可能存在一定误差，因此在进行实验和计算时必须进行精心设计和计算，以确保结果的准确性。
双棱镜实验
重复测量 5 次，取平均值。注意测量时消除大行程一维调节架的“空程差” 。 5. 测量两虚光源之间的距离 1）将导轨上各滑块全部固定，保持其位置不变，并且稳定。 2）在双棱镜和光电探测器之间（靠近双棱镜处）放置透镜 L2 （ f 2 =100 mm） ，调 节 L2 ，使之与系统共轴。 3） 移动 L2 ， 在光电探测器表面得到清晰的放大的虚光源像 （两个清晰的圆光斑） ， 用光电探测器对两光斑进行测量，得到间距 d ，重复测量 5 次，取平均值。 4）记录下此时光电探测器的位置 P1 （ P1 与光电探测器上光电池记录板之间的距
将干涉光照射在光电探测器上选择光电探测器上宽窄合适的窗口对准干涉条纹当亮条文照射在窗口中狭缝上时光电探测器接收到的光强达到极大值当暗条文照射在狭缝上时光电探测器接收到的光强达到极小值调节大行程一维调节架使得光电探测器平移测量出条文宽度x?的值d和d的值可根据凸透镜成实像的原理以及三角形相似公式求得
双棱镜干涉实验
1
棱
双棱镜
图1
图2 发出。由于这两束光满足相干条件，故在两束光相互重叠的区域内产生干涉，在观察 屏 H 上可以看到明暗相间、等间距的直线条纹。在条纹中心 O 点处，两束光的程差为 零，形成中央亮纹，其余的各级条纹则分别对称，排列在零级条纹的的两侧。 设两虚光源 s1 和 s2 之间的距离为 d ， 虚光源所在平面到屏 H 的距离为 D ； 设屏 H 上第 K 级亮纹（ K 为整数）与中心 0 点的距离为 xk ， 因 xk D ， d D ， 故明条纹的位置 xk 由下式决定：
3
3）将光电探测器逐渐向较远端平移，调节激光器方位，使得光斑能够再次进入 小孔，如此反复多次，直至光电探测器窗口与远端激光器均处在导轨等高位置上。 4）将光电探测器移至导轨最远端，在激光器附近依次安放透镜 L1 （ f 1 = 60 mm） 、 双棱镜（双棱镜安装在可调滑块上） ，调整透镜、双棱镜的高度，使之与激光器发出 的光束等高。 3. 调节双棱镜使之产生干涉条纹 用白屏替代光电探测器，调整双棱镜横向位置，调节透镜 L1 与双棱镜的间距，使 之在白屏正中出现清晰、粗细合适的干涉条纹，干涉条纹数为 5 - 7 条，此时，将激 光器、透镜 L1 、双棱镜、光电探测器所在的大行程一维调节架、固定在导轨上，保证 其位置不再变化。 4. 测量干涉条纹的宽度 1）用光电探测器换下白屏，选择光电探测器上合适的狭缝光栏（如 0.2mm 的细 缝） ，并与光功率计连接，将光功率计的量程选至可调档。调节大行程一维调节架， 使得光电探测器横向移动，选择好的狭缝光栏对准干涉条纹的边缘处的某一亮纹，此 时，光功率计接收的信号达到极大值，以此作为中央条纹。 2）此时大行程一维调节架上的位置读数 1 ，平移光电探测器，使狭缝扫描整个 干涉条纹区，光功率计记录的每两次光强极大值所对应的横向移动距离，即为一个干 涉条纹的间距，从起始位置开始记录 1 ，扫过 n 个干涉条纹的间距（尽可能扫到图样 另一端边缘）记录此时的位置读数 2 ，总条纹数目 n，有：
自组加双波罗棱镜的正像望远镜实验数据
自组加双波罗棱镜的正像望远镜实验数据自组加双波罗棱镜的正像望远镜实验数据引言：自组加双波罗棱镜的正像望远镜是一种基于光学原理的光学仪器，通过反射和折射的作用，将远处物体的图像放大并投影到观察者的眼睛中。
本文将详细介绍自组加双波罗棱镜的正像望远镜实验数据，包括实验装置、实验步骤、实验过程中所观察到的现象和结果等。
一、实验装置：1. 自组加双波罗棱镜：由两个三角形棱镜构成，其中一个为透明介质（例如玻璃），另一个为反射介质（例如银膜）。
2. 光源：可以使用一束平行光源或者点光源。
3. 物体：选择一个具有明显特征的物体，例如一个标志牌或者一本书。
4. 屏幕：用于接收并放大物体图像的屏幕。
5. 测量工具：例如尺子、角度量具等，用于测量各个部分的尺寸和角度。
二、实验步骤：1. 搭建实验装置：将自组加双波罗棱镜放置在光源和物体之间，确保光线能够通过棱镜并照射到物体上。
2. 调整光源位置：根据实际情况，调整光源的位置和角度，使得光线能够尽可能地垂直照射到物体上。
3. 观察物体图像：将屏幕放置在自组加双波罗棱镜的一侧，观察屏幕上的物体图像。
可以适当调整屏幕的位置和角度，以获得清晰的图像。
4. 记录实验数据：记录实验过程中所观察到的现象和结果。
包括物体与屏幕之间的距离、自组加双波罗棱镜的尺寸和角度、物体图像的大小等。
三、实验过程中所观察到的现象和结果：1. 物体图像的放大：通过自组加双波罗棱镜，远处物体的图像被放大并投影到屏幕上。
可以通过测量物体图像与实际物体之间的比例关系，计算出放大倍率。
2. 图像颠倒：由于自组加双波罗棱镜的特殊结构，物体图像在经过反射和折射后会发生颠倒。
这是由于光线在不同介质中传播速度不同所导致的。
3. 畸变现象：在实验过程中，可能会观察到物体图像出现畸变的现象。
这是由于自组加双波罗棱镜的设计和制造过程中存在的不完美所导致的。
4. 光线偏折：自组加双波罗棱镜能够将光线进行适当的偏折，使得物体图像能够投影到观察者的眼睛中。
大学物理实验设计性实验方案
普通物理实验设计性实验方案实验题目：简单显微镜的设计班级：物理学2011级（2）班学号：2011433175姓名：唐洁指导教师：陈广萍凯里学院物理与电子工程学院2013 年3月简单显微镜的设计要求：1. 了解显微镜的基本光学系统及放大原理，以及视觉放大率等概念；2. 学会按一定的原理自行组装仪器的技能及调节光路的方法；3. 学会测量显微镜的视觉放大率；4. 简单显微镜的放大率为31.8；5. 物镜与目镜之间的距离为24cm ，即光学间隔为16.6cm 。
序 言显微镜是最常用的助视光学仪器，且常被组合在其他光学仪器中。
因此，了解并 掌握它的构造原理和调整方法，了解并掌握其放大率的概念和测量方法，不仅有助于加 深理解透镜的成像规律，也有助于正确使用其他光学仪器。
一、实验原理（一）、光学仪器的视觉放大率显微镜被用于观测微小的物体，望远镜被用于观测远处的目标，它们的作用都是 将被观测的物体对人眼的张角（视角）加以放大。
显然，同一物体对人眼所张的视角与 物体离人眼的距离有关。
在一般照明条件下，正常人的眼睛能分辨在明视距离处相距为 0.05～0.07mm 的两点。
此时，这两点对人眼所张的视角约为/1，称为最小分辨角。
当微小物体（或远处物体）对人眼所张视角小于此最小分辨角时，人眼将无法分辨，因而 需借助光学仪器（如放大镜、显微镜、望远镜等）来增大物体对人眼所张的视角。
这是 助视光学仪器的基本工作原理，它们的放大能力可用视觉放大率Γ表示，其定义为ww tan tan /=Γ （1）式中，w 为明视距离处物体对眼睛所张的视角，/w 为通过光学仪器观察时在明视距离 处的成像对眼睛所张的视角。
（二）、显微镜及其视觉放大率最简单的显微镜是由两个凸透镜构成的。
其中，物镜的焦距很短，目镜的焦距较 长。
它的光路如图所示，图中的o L 为物镜（焦点在o F 和/o F ）,其焦距为o f ；e L 为目镜， 其焦距为e f 。
自组加双波罗棱镜的正像望远镜实验数据
自组加双波罗棱镜的正像望远镜实验数据一、引言望远镜作为一种重要的观测工具，被广泛应用于天文学、地理学等领域。
在望远镜的设计中，波罗棱镜是一种常见的光学元件，可以实现光的折射和反射。
本实验旨在通过自组加双波罗棱镜的正像望远镜实验，探索其工作原理和性能。
二、实验装置本实验所使用的装置包括以下几个主要部分：1.两个波罗棱镜：波罗棱镜是一种由两个直角三棱镜组成的光学元件，具有反射和折射的特性。
在本实验中，我们使用两个波罗棱镜构建望远镜的光路。
2.物镜：物镜是望远镜中的一个重要组成部分，用于聚焦光线。
在本实验中，我们选择合适的物镜，以获得清晰的图像。
3.目镜：目镜是望远镜中的另一个关键部分，用于观察物体。
在本实验中，我们选择合适的目镜，以实现放大效果。
4.支架：用于固定波罗棱镜、物镜和目镜的支架，以保证实验的稳定性。
5.光源：提供光线的光源，可以是白光或单色光源。
三、实验步骤根据实验目的，我们按照以下步骤进行实验：1. 设置实验装置•将两个波罗棱镜固定在支架上，保证其垂直于光路。
•将物镜和目镜安装在合适的位置，与波罗棱镜构成光路。
•确保光源正对物镜，以保证光线的入射。
2. 调整波罗棱镜•通过调整波罗棱镜的角度和位置，使得入射光线经过折射和反射后能够聚焦在目镜上。
•可以通过观察目镜中的图像清晰度和亮度来判断波罗棱镜的调整是否合适。
3. 观察图像•打开光源，使得光线射入物镜。
•通过目镜观察物体，调整目镜的位置和焦距，使得观察到的图像清晰。
•可以调整物镜和目镜的距离和焦距，以实现所需的放大倍数和清晰度。
4. 记录实验数据•记录所使用的波罗棱镜的参数，包括折射率、入射角度等。
•记录物镜和目镜的参数，包括焦距、直径等。
•记录观察到的图像特征，包括清晰度、亮度、放大倍数等。
四、实验结果与分析根据实验步骤，我们进行了多次实验，并记录了相关数据。
下面是我们的实验结果和分析：1.实验数据记录：•波罗棱镜1的折射率为1.5，入射角度为45°。
偏光显微镜法测双折射率 原理
偏光显微镜法测双折射率原理
偏光显微镜法是一种常用的测量物质双折射率的方法。
它的原理是利用偏光镜的特性，通过观察物质在不同偏光方向下的光线偏转情况，来得到物质的双折射率。
具体来说，偏光显微镜法需要使用一台偏光显微镜和一些样品。
将样品放置在显微镜的观察平台上，并在样品上方放置一个偏光镜。
偏光镜可以调整其偏光方向，以使其与样品的主轴方向垂直或平行。
当偏光镜的偏光方向与样品主轴方向垂直时，观察到的是样品的快轴和慢轴两个方向的光线，它们经过样品后会发生不同程度的偏转。
此时，样品的双折射率可以通过计算快轴和慢轴的折射率差来得到。
当偏光镜的偏光方向与样品主轴方向平行时，观察到的是样品沿主轴方向的光线。
此时，样品的双折射率等于0，因为光线不会发生偏转。
通过偏光显微镜法可以快速、准确地测量物质的双折射率，并可用于研究材料的光学性质、晶体结构等方面。
- 1 -。
光学实验
sin
i'
1min
sin A 1 ( 1 )2 cos A 1
n
n
sin
i'
1min
sin
A
n2 1 cos A
n
( cos
A
sin
i'
1min
)2
1
sin A
实验内容： 1.调整分光计 （1）目镜的调整：十字叉丝和亮十字清晰 （2）望远镜的调焦 （3）调整望远镜的光轴垂直于旋转光轴 （4）将分划十字线调成水平和垂直 （5）平行光管的调焦 （6）调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴 （7）将平行光管狭缝调成垂直
1.狭缝与棱脊严格平行，狭缝足够小，才能调出 明暗相间的干涉图样。
2.测微目镜鼓轮在运转测量过程中只能一个方向 ，不能回转，因为齿纹有空程差；且测微目镜的 一条十字叉丝应与条纹或虚光源像平行。
光学实验---用掠入射测折射率
实验目的 1.了解分光计的结构，学习分光计的调整方法。 2.学习使用分光计测量玻璃三棱镜顶角。 3.了解掠入射原理，并用掠入射测量三棱镜的折
狭 缝
测微目镜
D
D＞4f
用测微目镜测得大像两虚光源S1、S2的间距l ，
以及小像两虚光源S1、S2的间距l 。
a
b
狭 缝
测微目镜
b
a
大像 l l
D
小像 l l
ab
ba
l
ll
鼓轮上有100个等分格，旋转一圈，通过丝杆带动显微镜指针平移1 mm，因 此每一个等分格相当于0.01mm，再估读一位，最小读数为0.001mm。
三垂直——望远镜轴线垂直中心转轴；载物平台垂 直中心转轴；平行光管轴线垂直中心转轴
实验五 显微镜望远镜放大倍数的测定
实验五显微镜与望远镜放大本领的测定望远镜和显微镜都是用途极为广泛的助视光学仪器，显微镜通过放大物所成的像，来帮助人们观察近处的微小物体，而望远镜则是通过放大远处物的视角，帮助人们观察远处的目标，它们常被组合在其他光学仪器中使用．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，但是它们的基本光学系统都由物镜和目镜组成．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．光学望远镜从诞生至今将近400年，出现了折射望远镜、反射望远镜、折反射式望远镜和空间望远镜，不断推动着天文学和物理学的发展．长久以来，人们仰望天空，看见日月星辰东升西落，有过天圆地方、地心说、日心说等宇宙模型．但过去人们只能用肉眼对星空进行观察，观测范围非常局限，所得的数据资料也就非常有限．凭借着物理学的不断发展，多种望远镜被制造出来，越来越精密，推动着天文学和物理学不断向前发展，人类的视野也变得更深更广．·实验目的1.熟悉显微镜和望远镜的构造及其放大原理；2.进一步熟悉透镜成像规律及光学系统的共轴调节方法；3.学会一种测定显微镜和望远镜放大本领的方法；4.掌握显微镜、望远镜的正确使用方法．·实验仪器显微镜，望远镜，标尺，标准石英尺，测微目镜，照明灯．图5-1 显微镜的结构显微镜是一种复杂的光学仪器．它是医学实验常用工具之一，其作用是将观察的标本放大，以便观察和分析．一般光学显微镜包括机械装置和光学系统两大部分，如图5-1所示．一、机械装置1. 镜座：位于最底部的构造，为整个显微镜的基座，用以支持着整个镜体，起稳固作用．2. 镜柱：为垂直于镜座上的短柱，用以支持镜臂．3. 镜臂：为支持镜筒和镜台的呈弓形结构的部分，是取用显微镜时握拿的部分．镜筒直立式光镜在镜臂与其下方的镜柱之间有一倾斜关节，可使镜筒向后倾斜一定角度以方便观察，但使用时倾斜角度不应超过45°，否则显微镜由于重心偏移容易翻倒．4. 调节器：也称调焦螺旋，为调节焦距的装置，位于镜臂的上端（镜筒直立式光镜）或下端（镜筒倾斜式光镜），分粗调节器(大螺旋）和细调节器（小螺旋）两种．粗调节器可使镜筒或镜台作大幅度的升降，适于低倍镜观察时调焦．细调节器可使镜筒或镜台缓慢或较小幅度地升降，在低倍镜下用粗调节器找到物体后，在高倍镜和油镜下进行焦距的精细调节，藉以对物体不同层次、深度的结构做细致地观察．5. 镜筒：位于镜臂的前方，它是一个齿状脊板与调节器相接的圆筒状结构，上端装载目镜，下端连接物镜转换器．根据镜筒的数目,光镜可分为单筒式和双筒式．单筒光镜又分为直立式和倾斜式两种,镜筒直立式光镜的目镜与物镜的光轴在同一直线上,而镜筒倾斜式光镜的目镜与物镜的中心线互成45°角,在镜筒中装有使光线转折45°的棱镜；双筒式光镜的镜筒均为倾斜式的．6. 物镜转换器：又称旋转盘，位于镜筒下端的一个可旋转的凹形圆盘上，一般装有2～4个放大倍数不同的接物镜．旋转它就可以转换接物镜．旋转盘边缘有一定卡，当旋至物镜和镜筒成直线时，就发出“咔”的响声，这时方可观察玻片标本．7. 载物台：位于镜臂下面的平台，用以承放玻片标本．载物台中央有一圆形的通光孔，光线可以通过它由下向上反射．(二)光学系统1. 反光镜：是装在镜台下面、镜柱前方的一面可转动的圆镜，它有平凹两面．平面镜聚光力弱，适合光线较强时使用．凹面镜聚光力强，适于光线较弱时使用．转动反光镜，可将光源反射到聚光镜上，再经镜台中央圆孔照明标本．2. 聚光镜：在镜台下方，是一组透镜，用以聚集光线增强视野的亮度．镜台上方有一调节旋钮，转动它可升降聚光镜．往上升时增强反射光，下降时减弱反射光．3. 可变光栏：是在聚光镜底部的一个圆环状结构．它装有多片半月形的薄金属片，叠合在中央成圆孔形．在圆环外缘有一突起的小柄，拨动它可使金属片分开或合拢，用以控制光线的强弱，使物像变得更清晰．4. 目镜：装在镜筒上端，其上一般刻有放大倍数(如5×，10×)．目镜内常装有一指示针，用以指示要观察的某一部分．5. 物镜：装在物镜转换器上，一般分低倍镜、高倍镜和油镜三种．低倍镜镜体较短，放大倍数小；高倍镜镜体较长，放大倍数较大；油镜镜体最长，放大倍数最大（在镜体上刻有数字，低倍镜一般有4×、10×，高倍镜一般有40×、45×，油镜一般是90×、100×，×表示放大倍数）．测微目镜由目镜、分划板、读数鼓轮与连接装置等组成．目镜把叉丝和被观测的像同时放大，其放大倍数不影响测量数据大小，但可以提高测量准确程度．测微目镜的基本结构剖视图如图5-2所示．目镜镜头通过调焦螺纹固定在目镜外壳中部．外壳内有一块刻有十字丝的透明叉丝板，外壳右侧装有测距螺旋（即千分尺）系统，转动测距手轮，其螺杆将带动叉丝板移动．叉丝板的移动量可通过手轮上的千分尺测出．透明十字叉丝板后面是一个固定的玻璃标尺，标尺上刻有毫米尺，每格1mm，量程为8mm ． 旋转读数鼓轮，刻有十字叉丝的可动分划板就可以左右移动．读数鼓轮每旋转一周，叉丝移动1mm ，鼓轮上有100个分格，故每一格对应的读数为0.01mm ，再估读一位．其读数方法和螺旋测微器差不多．在测量过程中，要始终沿着一个方向移动叉丝，不得回旋．测微目镜通常用来测金属丝、干涉条纹等的宽度．测量时，使双线与待测物质边缘平行，叉丝交点与待测物的边缘重合，开始计数．在测量过程中，要始终沿着一个方向移动叉丝，不得回旋．图2 测微目镜的基本结构剖视图 ·实验原理最简单的望远镜与显微镜都是由目镜和物镜两个透镜共轴所组成．物镜的像方焦点到目镜的物方焦点之间的距离（即光学间隔）为Δ．望远镜用来观察远处的物体，显微镜则是用来观察近处的微小物体，他们的放大作用都可以用放大本领M 来描述，可表示为：OE M ααt a n t a n = (5-1) 式中E α为像所张的视角；O α为物体直接对眼睛所张的视角．一、望远镜的构造及其放大原理望远镜由物镜和目镜组成，物镜用反射镜的称反射式望远镜，物镜用透镜的称折射式望远镜．目镜是会聚透镜的称为开普勒望远镜，目镜是发散透镜的称为伽利略望远镜．对于望远镜，两透镜的光学间隔Δ≈0，即物镜的像方焦点与目镜的物方焦点近乎重合．图5-3所示为开普勒望远镜的光路示意图．图中L 0为物镜（焦距较长），Le 为目镜（焦距较短），远处物体PQ 经物镜L O 后在物镜的像方焦点F'上成一倒立实像P'Q'，像的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离．像P'Q'一般是缩小的．近乎位于目镜的物方焦面上，经目镜L E 放大后成虚像P"Q"于观察者眼睛的明视距离与无穷远之间．用望远镜观察不同位置的物体时，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”．图5-3 开普勒望远镜的光路示意图由理论计算可得望远镜的放大本领为： ''t a n t a n E O OE O E O E f f f Q P f Q P M =''''=≈=αααα （5-2） 式中f o ′为物镜的焦距，f E ′为目镜的焦距，上式表明，物镜的焦距越长、目镜的焦距越短，望远镜的放大本领则越大．开普勒望远镜(f o ′＞0，(f E ′＞0)，放大本领M 为负值，系统成倒立的像；而对伽利略望远镜(f o ′＞0，(f E ′＜0)，放大本领M 为正值，系统成正立的像．因实际观察时，物体并不真正处于无穷远，像亦不成在无穷远，但式（5-2）仍近似适用．二、显微镜的构造及其放大原理显微镜和望远镜的光学系统十分相似，都是由物镜和目镜组成．显微镜的结构一般认为是由两个会聚透镜共轴组成，如图5-4所示，实物PQ 经物镜L 0成倒立实像P'Q'于目镜Le 的物方焦点Fe 的内侧，再经目镜Le 成放大的虚像P"Q"于人眼的明视距离处或无穷远处．理论计算可得显微镜的放大本领为： ''E O O E O f s f M M M ⋅∆-== (5-3)式中O M 为物镜的放大本领，M E 是目镜的放大本领，f o ′，f E ′ 为物镜和目镜的像方焦距，Δ是显微镜的光学间隔，S O ＝-25cm 为正常人眼的明视距离．由上式可知，显微镜的镜筒越长，物镜和目镜的焦距越短，放大本领就越大，通常物镜和目镜的放大本领，是标在镜头上的．图5-4 显微镜光路图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本领M 可近似地写成 OE O l l M ==ααtan tan 式中l 0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P"Q"． ·实验内容与步骤一、显微镜放大倍数的测定1.将标准石英尺放在显微镜载物台上夹住．2.选择适当倍率的目镜，调节聚光镜、反光镜及光阑，使目镜中观察到强弱适当而均匀的视场．3.熟悉显微镜的机械结构，学会调节使用，先用低倍物镜对石英尺进行调焦，先粗调、后微调，直至目镜视场中观察到最清晰的像，如果观察物的像不在视场中间，则可调节载物台移动手轮，将其移至视场中心进行观察．4.将目镜卸下，换上测微目镜，首先对测微目镜的目镜进行调焦，看清分划板，在调节显微镜的物镜调焦手轮，至标尺的像最清晰且无视差．5.转动测微目镜使分划板上“双线”与标准石英尺的刻度(石英尺刻度部分全长lmm ，共分100小格，每格宽O ．01mm)平行，然后将叉丝移至和显微镜视场中标准石英尺某一刻度重合，记下测微目镜的读数1x ．转动测微目镜鼓轮，使叉丝在标准石英尺上移动5格，这时叉丝与标准石英尺上另一刻度线重合，记下测微目镜的读数2x ．依此每隔5格记录一组数据，共记录10组数据．6.用逐差法处理数据，求出标尺5格对应像的大小，求其平均值，计算出物镜的放大本领．二、望远镜放大本领的测定1．将望远镜夹好，在垂直望远镜光轴方向距离目镜25cm 处放置一毫米分度的米尺A ，调节望远镜调焦手轮，把望远镜调焦到无穷远处，即望远镜能看清楚远处的物体．2.在A 尺上套上两白纸条，其间距可调，如图5-5所示．一只眼睛通过望远镜观察米尺的像B ，另一只眼睛直接看米尺A ，经过多次观察，调节眼睛使得米尺A 与望远镜中的米尺像B 重合．以B 尺为标尺，选定A 尺的上两纸带的间距为10格，记录其相当于B 尺上的格数0l ，重复3-5次，算出望远镜的放大倍数，取其平均值，并计算平均绝对偏差．3.取两纸带的间隔分别为8格和13格，重复上述步骤进行测量．图5-5 望远镜放大倍数测定原理·实验数据测量1.用测微目镜测经显微镜放大的石英标尺像刻度间隔数据表测量间隔：每隔5小格标尺像刻度读一次数序号i1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x i (mm)2.望远镜视角放大率测量数据表标记实际长度l 0 (mm)80 100 130 重复测量序号1 2 3 1 2 3 1 2 3 上缘对应镜内刻度Y u (mm)下缘对应镜内刻度Y l (mm)镜内对应长度 l =Y l -Y u (mm)望远镜放大率M = l 0/ l5 4 8 3 7 26 548372 6l 0l 标尺A 标尺B·实验注意事项1．注意不要用手摸透镜、反射镜等光学元件的光学表面，，以免在光学面上留下痕迹，使成像模糊或无法成像．2．在实验过程中，注意光学仪器要轻拿轻放，勿使仪器受到震动和磨损．3．用测微目镜测量时要注意回程误差．4．测望远镜放大本领时，两只眼睛要同时观察，同时看清A、B两尺的像，并将A、B两尺的像重合在一起时，方可读数．·历史渊源与应用前景望远镜和显微镜的发明是17世纪光学的伟大成就．显微镜的发明，使人类第一次发现了微生物和细胞生存的世界．第一架显微镜由荷铸眼镜匠詹森父子发明，后由伽利略改良而成．最初的显微镜只能放大50-200倍，到1932年德国的诺尔和鲁斯卡发明了世界第一台电子显微镜，它是利用德布罗依物质波原理制造而成的，它能放大1万倍，到20世纪90年代发展到放大率可达200万倍，由此人们发现了原子世界．1983年人们又发明了基于量子力学原理造而成的扫描隧道显微镜，开创了纳米科技的观测手段．后来人们又发明了原子力显微镜，它是根据扫描隧道显微镜的原理设计的高速拍摄三维图像的显微镜．可观察大分子在体内的活动变化．1608年荷兰的眼睛匠利佩希偶然地制造出了第一架望远镜，它的目镜为一凹透镜，被称为荷兰望远镜．发明望远镜的消息迅速在欧洲传开，1609年伽利略得悉这一消息后，立即动手制作，并把自制的望远镜第一个指向天空，首先发现了月亮上的山脉和火山口．伽利略设计了由两个凸透镜构成的开普勒望远镜，第一架开普勒望远镜由天文学家沙伊纳制成．1668年，牛顿（Newton，I．1642~1727）用2.5 厘米直径的金属，磨制成一块凹面反射镜，并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45°角的反射镜，使经主镜反射后的会聚光经反射镜以90°角反射出镜筒后到达目镜，制成了反射望远镜．1672年牛顿有制造了第二架反射望远镜，全长1.2m，口径为2m，并把它献给了英国皇家学会．往后的几百年间，人们提出了反射镜的多种设计方案．1918年末，口径为254厘米的胡克望远镜（Hooker telescope）投入使用，它第一次揭示了银河系的真实大小和我们在其中所处的位置，更为重要的是，哈勃(Hubble，E．P．1889~1953)的宇宙膨胀理论就是用胡克望远镜观测的结果．相对于折射镜，反射镜没有色差，容易制作；但它也存在固有的不足：如口径越大，视场越小，物镜需要定期镀膜等．随后又出现了能兼顾折射和反射两种望远镜优点的折反射式望远镜，非常适合业余的天文观测和天文摄影，并且得到了广大天文爱好者的喜爱．它的特点是相对口径很大(甚至可大于1)，光力强，视场广阔，像质优良．适于巡天摄影和观测星云、彗星、流星等天体．自1970年代以来，在望远镜的制造方面有了许多新技术，涉及光学、力学、计算机、自动控制和精密机械等领域，使望远镜的制造突破了镜面口径的局限．然而，由于地球大气对电磁波的吸收作用，地面观测具有严重的局限性．物理学在不断地发展，直到人造卫星上天，航天技术逐渐成熟，空间天文学才兴起．1990年4月24日，由美国国家航空与航天局（NASA）和欧洲空间局（ESRO）联合研制的哈勃空间望远镜（HST）的发射成功，是天文学走向空间时代的一个里程碑．空间观测与地面观测相比，有极大的优势：没有了大气层的干扰，恒星不再闪烁．分辨率比起地面的大型望远镜提高了几十倍．灵敏度的提高，使可观测的天体迅速增加．空间没有重力，仪器就不会因自重而变形．频率覆盖范围也大大地变宽，全波段天文观测成为可能，对于光学望远镜，可以接收到宽得多的波段．就哈勃空间望远镜（现已退役）而言，主望远镜是口径为2.4米的反射望远镜，还携带了广角行星照相机，暗弱天体照相机，暗弱天体光谱仪，高分辨率光谱仪，高速光度计，成象光谱仪，近红外照相机，多目标摄谱仪，高级普查摄像仪，高新巡天照相机等精密仪器，观测范围早已突破了可见光波段，向红外和紫外两端延伸．其功能之强大，在天文学的许多领域中作出了巨大的贡献，如：银河系中心、双星系统、近邻星系、宇宙早期星系、黑洞研究等等．在望远镜的庞大家族里，除了以上介绍的光学望远镜以外，还有射电望远镜（radio telescope）、红外望远镜（infrared telescope）、紫外望远镜（ultraviolet telescope）、X 射线望远镜（X-ray telescope）和γ射线望远镜（gamma ray telescope）．随着新型显微镜、望远镜的发展和应用，使人类的视野变得更深更广．·与中学物理的衔接中学物理课标对望远镜、显微镜及相关内容的要求是：1.知道显微镜、望远镜的原理．2.用两个不同焦距的凸透镜制作望远镜．3.了解开普勒望远镜和伽利略望远镜的结构．4.通过望远镜原理的及调节要求的学习，可进一步掌握凸透镜呈像的特点及规律·自主学习1．显微镜和望远镜有何异同?2．显微镜和望远镜的调焦方式有何不同？为什么？3．测量标准石英尺时所获得的放大本领为什么不等于物镜的标称放大本领?4、用同一个望远镜观察不同距离的目标时，其视觉放大本领是否不同？5、在光具座上自组装的望远镜(或显微镜)，如何调节焦距以获得清晰的像？6.已知什么量？哪个是待测量？如何控制变量？按要求处理实验数据，完成实验报告．·实验探究与设计尝试在光具座上设计并组装望远镜或显微镜，写出实验方案，并完成实验．。
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实验15 测量显微镜和望远镜的放大率显微镜和望远镜是最常用的助视光学仪器，常被组合在其他光学仪器中。
因此，了解并掌握它们的构造原理和调整方法，不仅有助于加深理解透镜成像规律，也有助于加强对光学仪器的调整和使用训练。
一 测量显微镜的放大率［学习重点］1．了解显微镜的构造原理，掌握其正确使用方法。
2．测量显微镜的放大率。
［实验原理］1．光学仪器的角放大率显微镜被用于观测微小的物体，望远镜被用于观测远处的物体，它们的作用都是将被观测物体对眼睛光心的张角（视角）加以放大。
显然，同一物体对眼睛所张的视角与物体离眼睛的距离有关。
在一般照明条件下，正常人的眼睛能分辨在明视距离处相距为0.05～0.07毫米的两点。
（人眼长时间地观察太近或太远的物体会感到疲劳不适，经验表明，正常人的眼睛观看物体时，最为清晰而又不易疲劳的距离为25厘米。
这个距离称为明视距离。
）此时，这两点对眼睛所张的视角约为1′，称为最小分辨角。
当微小物体（或远处物体）对眼睛所张视角小于此最小分辨角时，眼睛将无法分辨。
因而需借助光学仪器（如放大镜、显微镜、望远镜等）来增大对眼睛所张的视角。
它们的放大能力可用角放大率m 表示。
其定义为ϕψtg tg m =(4-15-1) 式中为明视距离处物体对眼睛所张的视角，为通过光学仪器观察时，在明视距离处所成的像对眼睛所张的视角。
下面以凸透镜为例，讨论它的放大率。
如图4-15-1所示，当L 为凸透镜，被测物 AB 长为y 1，到眼睛的距离为D 时，y 1对眼睛 的视角为；当将物体置于透镜焦平面以内的位置时，可得到放大的虚像A B，像长为y 2。
调整物距u ，使像到眼睛的距离为明视距离D ，对眼睛所张视角为，则此凸透镜的放大率为uDD y u y D y D y tg tg m ====1112ϕψ (4-15-2) 当透镜焦距较小时，uf ，则fcm f D m )(25=≈(4-15-3) 图 4 -15-1 凸透镜放大示意图由上式可见，减小凸透镜焦距，可以增大它的放大率。
凸透镜是最简单的放大镜。
式（4-15-3） 就表示放大镜的放大率。
由于单透镜存在像差，它的放大率一般在3倍（3X ）以下。
为提高其放大率并保持较好的成像质量，常由几块透镜组成复合放大镜。
复合放大镜的放大率仍可用式（4-15-3）计算，式中f 代表透镜组的焦距，其放大率可达20X 。
2．显微镜的放大率最简单的显微镜是由两个凸透镜构成的。
其中，物镜的焦距很短，目镜的焦距较长。
它的光路示意图，如图4-15-2所示。
图中的L 0为物镜（焦点在F 0和F 0），其焦距为f 0；L e为目镜，其焦距为f e 。
将长度为y 1的被观测物AB 放在L 0的焦距外且接近焦点F 0处，物体通过物镜成一放大的倒立实像A B（其长度为y 2），此实像在目镜的焦点以内，经过目镜放大，结果在明视距离D 上得到一个放大的虚像AB（其长度为y 3）。
虚像AB对于被观测物AB 来说是倒立的。
由图4-15-2可见，显微镜的放大率为122313y y y y D y D y tg tg m ⋅===ϕψ (4-15-4) 式中e e mf D u D y y =≈=223，为目镜的放大率； 001112m f u v y y =∆≈=（因v 1比f 0大得多），为物镜的放大率。
为显微镜物镜焦点F到目镜焦点F e 之间的距离，称为物镜和目镜的光学间隔（显微镜的光学间隔一般是一个确定值，通常为17～19cm ）。
因而式（4-15-4）可改写成00m m f f D m e e ⋅=∆⋅=（4-15-5） 由式（4-15-5）可见，显微镜的放大率等于物镜放大率和目镜放大率的乘积。
在f 0、f e、和D 为已知的情形下，可利用式(4-15-5)算出显微镜的放大率。
显微镜通常配有一套不同放大率的物镜和目镜，可供选用。
例如，使用20X 物镜和5X 目镜的显微镜，它的放大率m ＝205＝100。
一般显微镜的放大率为几十倍到几百倍。
图 4 -15-2 简单显微镜的光路图L 0FBDu 1v 1u 2A B F 0y 1 L eAF e y 2 y 3AB F［仪器介绍］常用的生物显微镜的结构和外形如图4-15-3所示。
由光学和机械两大部分组成。
1．光学部分的成像系统由目镜（1）和物镜（7）组成。
目镜由两块透镜装置在目镜镜筒中构成，筒上标有放大率，常用的有5、10、15、（或12.5）。
物镜由多块透镜复合构成，装置在物镜转换器（6）上，转动转换器可以调换使用。
通常配有物镜三个，放大率分别为10、40、100、（或8、45、100）。
由物镜和目镜的相互组合，可得九种不同的放大率。
光学部分的照明系统由聚光镜（10）， 可变光阑（11）和反射镜（12）组成。
反射镜将外来光线导入聚光镜，并由聚光 镜聚焦以照亮被观察物。
可变光阑可改变 孔径，以调节照明亮度，以便使用不同数 值孔径的物镜观察时获得清晰的像。
2.机械部分由镜筒（2）、镜架（3）、 镜座（13）等组成。
物镜转换器（6）装 有三个物镜，可借助转动而调换。
调节器 分粗调手轮（4）和微调手轮（5）两种。
转动粗调手轮可使镜筒明显升降，为初步 对光之用；转动微调手轮镜筒则升降甚微， 用以精确地对物调焦。
载物台（8）在物 镜下方，为搁置载物玻片和标本之用。
载 物台移动手轮(9)装在载物台上，用以前后 左右移动载物玻片和标本。
移动距离可由 游标尺（14）读出。
显微镜系精密光学仪器，要注意保养 维护，使用时应严格遵守操作规程和使用 方法（参阅仪器使用说明书）。
特别是使 用高倍物镜时，由于物镜视场小而暗，工 作距离短，调节较为困难，必须细心操作。
例如100物镜，工作距离只有2毫米左右，调焦稍不小心，物镜就可能与被观察物接触而受到挤压，造成损坏。
为此，规定调焦的操作规程如下： （1）需要使用高倍物镜时先用低倍物镜进行观察调节；（2）用粗调手轮把镜筒往下调，并从旁边严密监视，使物镜镜头慢慢靠近被观察物而又不接触；（3）然后从目镜中观察，并慢慢转动粗调手轮使镜筒上升（不许下降：），使镜头与物间距离逐渐增大，直至观察到物的像。
（4）这时转动转换器，换用高倍物镜观察（转换时物镜不会碰到被观察物），稍加调节微调手轮，即可获得最清晰的像 ，至此调焦完毕。
[实验仪器]光学实验平台、凸透镜（长、短焦距各一片）、半透反射镜、参考标尺、1/10mm 分划图 4 -15-3 显微镜的结构示意图1. 目镜2. 镜筒3. 镜架4. 粗调手轮5.微调手轮6. 物镜转换器7.物镜8.载物台9.载物台移动手轮 10.聚光器 11.可变光阑旋柄 12.反光镜13.镜座 14.游标尺板、白炽灯光源、生物显微镜、测微目镜、标准石英尺、待测样品等。
［实验内容及步骤］1．装配显微镜并测定其放大率（1）测量给定透镜的焦距（参阅实验14），然后选择一个透镜作物镜，另一个作目镜，说明选择的理由。
（2）按图4-15-4装配显微镜。
图中y 1是被测对象（为方便比较起见，可选用附有1/10mm 标尺的分划板），P 为与显微镜光轴成45º的半透反射镜，S 是离开光轴为25厘米的参考标尺，按照光学间隔一般为17～19厘米，选择一个合适的L 值。
(3)调整被测物y 1离物镜的距离，使它经显微镜系统成的像y 3与参考标尺S 经P 反射的像S 重合。
要求反复调整，直到被测物的放大像y 3与标尺的反射像S 之间没有视差为止。
读出放大像y 3的n 格长度与标尺像S ' 的N 格相对应，即可得到显微镜的放大率m=N/n 。
（4）将D ＝25厘米和光学间隔L - f 0 - f e （L 、 f 0和 f e 前面已经测出）代入式（4-14-5），算出显微镜的放大率m ，并将计算结果与观测值作一比较。
2*．利用显微镜、目镜测微尺及石英尺测量微小长度 （1）将所需测量的样品或标本放在载物台上夹住。
（2）将各倍率的物镜顺序装于物镜转换器上；选择适当倍率的目镜，并把目镜测微尺放人目镜镜筒，然后插入显微镜镜筒中。
（3）根据需要调节聚光镜、反光镜及光阑，使目镜中观察到强弱适当而均匀的视场。
（4）熟悉显微镜的机械结构，学会调节使用，特别要熟悉粗调手轮和微调手轮的使用方法，弄清镜筒的升降（顺时针转动手轮是下降，逆时针转动是上升），做到熟练掌握，调节自如。
（5）先用低倍物镜对物进行调焦，遵照操作规程先粗调、后微调，直至目镜视场中观察到最清晰的像）如果被观察物的像不在视场中心，则可调节载物台移动手轮，将其移至视场中心进行观察。
（6）转动转换器；换用高倍物镜观察，略为调节微调手轮，直至所观察的像最为清晰。
25cmL eS '≈ ≈y 3 y 1L 0PLS图 4 -15-4 测定显微镜放大率装置图（7）将观察的样品或标本取下，换上标准石英尺（常用的石英尺全长1毫米，共分为100小格，每格长为10微米）．转动目镜镜筒，使目镜测微尺的刻度与视场中标准石英尺的刻度相平行，并移动载物台，使之重合，读取目镜测微尺上的几个分格在标准石英尺上的分格数，以校正目镜测微尺的分格值。
记下所用物镜的放大率，比较实验结果。
（8）取下标准石英尺，换上观察样品标本，测量其长度。
在不同部位或不同方位下测量五次，取其平均值。
（表格自拟）[数据记录与处理]表 1 装配显微镜测量数据f0 = （mm）；f e = （mm）；n f0位置（mm）f e位置（mm）L（mm）（mm）D（mm）n（mm）N（mm）m= N/ n m=m em0123［思考题］1．显微镜的放大率与哪些量有关？要提高显微镜的放大率有哪些可能的途径？2．在实验内容1中，我们用目测法和计算法分别得出了显微镜的放大率。
试再利用作图法先画出自装显微镜的光路图，然后由图求其放大率。
最后将上述三种方法所求得的放大率作一比较。
3．生物显微镜的结构，怎样调节、使用显微镜，调节时应注意什么？二测量望远镜的放大率[学习重点]1．了解望远镜的构造原理，掌握其正确使用方法。
2．测量望远镜的放大率。
［实验原理］望远镜可用来观测远处的物体。
最简单的望远镜由两个凸透镜组成。
其中，焦距较长的透镜为物镜。
由于被观测物体离物镜的距离远大于物镜的焦距（u＞2 f0），通过物镜的作用后，将在物镜的后焦面附近形成一个倒立的缩小实像。
此实像虽较原物体小，但与原物体相比，却大大地接近了眼睛，因而增大了视角。
然后通过目镜将它再放大。
由目镜所成的像可在明视距离到无限远之间的任何位置上。
图4-15-5表示简单望远镜的光路图。
图中L0为物镜，其焦距为f0；L e为目镜，其焦距为f e。
当观测无限远处的物体（u）时，物镜的焦平面和目镜的焦平面重合，物体通过物镜成像在它的后焦面上，同时也处于目镜的前焦面上，因而通过目镜观察时，成像于无限远。