0自组望远镜或显微镜并测量其视觉放大率
0自组望远镜或显微镜并测量其视觉放大率
自组望远镜或显微镜并测量其视觉放大率望远镜和显微镜都是助视光学仪器，是观察或测量时常用的仪器，它们有时也是其他一些光学仪器(如分光计等)的重要组件。
因此，了解它们的构造原理并掌握它们的使用方法不仅有利于加深理解透镜成像的规律，而且能为正确使用其他光学仪器打下基础。
实验目的(1)了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法；(2)了解视放大率等的概念并掌握其测量方法；(3)进一步熟悉透镜成像规律。
实验原理望远镜主要用于观察远处的目标，显微镜主要用于观察近处的微小物体，它们的作用都是增大被观察物对人眼的张角，起着视角放大的作用。
两者的光学系统比较相似，都是由物镜和目镜组成，物体先通过物镜成一中间像，再通过目镜来观察。
两者对物体的放大能力都是通过视放大率来表示(在本实验中我们只关心放大率的大小，不考虑其符号)。
望远镜(telescope)基本的望远系统是由物镜和目镜组成的无焦系统，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合。
无穷远物体发出的光经物镜后在物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜(短焦距)将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。
为了利于对远处物体的观测，望远镜物镜的焦距一般较长。
图1 望远镜的基本光学系统图图1所示的望远镜，物镜与目镜均为会聚透镜，这种望远镜称为开普勒望远镜，其优点是可在物镜与目镜之间的中间像平面上安装分划板(其上有叉丝和刻尺)以供瞄准或测量。
实验装置中用到的望远镜(如分光计上的望远镜、光杠杆系统中的望远镜等)均为开普勒望远镜，在中间像平面上装有分划板。
实际上，为方便人眼观察，物体经望远镜后一般不是成像于无穷远，而是成虚像于人眼明视距离处；而且为实现对远近不同物体的观察，物镜与目镜的间距即镜筒长度可调，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点可能会不重合。
使用望远镜时，观察者应先调目镜（这称为视度调节）看清分划板，使分划板成像于人眼明视距离处，再调节望远镜镜筒长度（这称为调焦），即改变物镜、目镜间距，使被观察物清晰可见并与分划板叉丝无视差（中间像落在分划板平面上）。
测自组望远镜的放大率
实验五 测自组望远镜的放大率一、实验目的1.熟悉望远镜的构造及其放大原理；2.学会测定望远镜放大率的方法；3.掌握显微镜的正确使用方法，并学会 利用显微镜测量微小长度。
二、实验原理望远镜由物镜和目镜组成，物镜的焦距大于目镜的焦距，常用的望远镜有开普勒望远镜和伽利略望远镜。
组成特点是两透镜的光学间隔近乎为零，物镜和目镜都是会聚透镜的为开普勒望远镜，物镜为会聚透镜、目镜为发散透镜的为伽利略望远镜。
本实验针对开普勒望远镜。
原理路如图5-1图5－1望远镜视角放大率（放大本领）定义为：U——物对物镜的视角，U’——最后像对目镜的视角因望远镜的光学间隔，通过计算可得：测量时，测出未经望远镜放大的标尺上两个红色指标间的“E”字间距d1（d1=5cm），再通过望远镜测出对应的间距d2，则望远镜的测量放大率如果标尺在有限距离（物距）s处，则测量放大率应为三、主要仪器及耗材1：标尺 5：二维调节架（SZ-07）2：物镜L o（=225 mm） 6：三维平移底座（SZ-01）3：二维架（SZ-07） 7：二维平移底座（SZ-02）4：目镜L e（ =45 mm）四、实验内容和步骤（一）实验内容1、光路调节，共轴调节2、选择合适的透镜组成望远镜。
3、测出直接观察和经望远镜观察的两个“E”的间距d1、d2，测出标尺至物镜的物距S求出，4、读出物镜和目镜的焦距，求出计算放大率，比较M、M’、M计，并分析说明它们的差异。
5、改变两镜间距或物距S或焦距，求出M、M’、M计，并分析测量结果。
（二）实验步骤1、按图5-2组成开普勒望远镜，向约3 m远处的标尺调焦，并对准两=5cm）；个红色指标间的“E”字（距离d12、用另一只眼睛直接注视标尺，经适应性练习，在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度d2；3、求出望远镜的测量放大率，并与计算放大率作比较；注：标尺放在有限距离s远处时，望远镜放大率可做如下修正：当s＞100时，修正量图5－2五、数据处理与分析1、分析实验结果，讨论误差形成原因；2、自拟表格记录实验数据。
组装望远镜和显微镜
组装望远镜和显微镜人眼很难分辨极远处或近而细微的物体细节，在一般照明情况下，正常人的眼睛在明视距离（25cm）能分辨相距约0.05mm的两个光点。
当两光点间距离小于0.05mm时，人眼就无法分辨，我们把这个极限称为人眼的分辨本领。
这时两光点对人眼球中心的张角约为1´,观察物体要想能分辨细节，最简单的办法是使视角扩大。
显微镜和望远镜就是扩大人眼球视角的目视光学仪器。
【实验目的】组装望远镜和显微镜，并测定视角放大率。
【实验要求】（1）用两块凸透镜在光具座上组装望远镜。
（2）用两块凸透镜组装显微镜，并测其放大率。
（3）画出光路图和写出计算公式。
【实验提示】（1）望远镜是用来观察远距离目标的目视光学仪器。
通常由两个共轴光学系统组成，我们把他们简化为两个会聚透镜，其中向着物方向的称为物镜，接近人眼的称为目镜。
物镜的作用是将无穷远物体发出的光会聚后在它的像方焦面上生成一倒立实像，然后经目镜把实像放大，因此实像同时位于目镜的物方焦面处。
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，使中间实像落在目镜物方焦面上，这就是望远镜的“调焦”。
一般测量望远镜除物镜和目镜可在镜筒中做相对移动外，在目镜物方焦面上还附有叉丝或标尺分划格。
因此在使用望远镜时，首先应调节目镜筒直到能清晰地看到叉丝为止，然后调目镜和叉丝整体与物镜之间的距离，即对被观察物调焦。
对于望远镜来说，除了满足以上物像位置的要求外，它的视角放大率必须大于 1.对于目视光学仪器的视角放大率定义为：通过仪器观察时，物体的像对人眼的张角的正切与在适当条件下直接用眼睛观察时物体的像对眼睛的张角的正切之比。
（2）显微镜是用来观察近距离微小目标的目视光学仪器，它也是由物镜和目镜两个共轴光学系统组成的。
物体首先经过物镜在物方焦面上生成一个倒立的放大实像，再经过目镜放大成正立像于无穷远处。
通常，各国生产的通用显微镜都采用标准筒长（L=16cm）。
由于筒长固定，因此实际上显微镜的调焦是调节被测物与物镜的距离。
望远镜放大率的测定自组望远镜
透镜组3
目镜 （ ）
5.00
106.20
4.50
22.0
3.97
3.90
1.8%
物镜 （ ）
19.50
3
3.1
图3-1 成像公式法装置图
望远镜对焦无穷远
将目标刻度尺Ａ放置远处，保持望远镜与平行基本水平共轴。眼睛通过望远镜目镜观察,慢慢对望远镜调焦，当看到清晰的直尺上的刻度像时,物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合,这时望远镜对焦无穷远。
对于望远镜，两透镜的光学间隔近乎为零，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点近乎重合。即 ，根据通过计算可得：
（1-2）
1.2
在光具座上放置两个二维平移底座，分别加上两个凸透镜，构成开普勒望远镜。在光具座另一端放置目标刻度尺，使凸透镜组成的望远镜可以清晰的看到刻度尺Ａ上刻度，再进行测量，如图1-3所示。
（a）
（2-8）
只要测出光阑的长度 ，及其像长 ，就可以算出望远镜放大倍数。
用读数显微镜测光阑长度
通过用游标卡尺测量光阑的长度记为 ,用读数显微镜测量像长记为 。用读数显微镜测量像长 测量的数都是客观的,而且测量精度达到 ,最终测量出的结果比较准确。
用望远镜物镜的进光孔径作为目的物,用读数显微镜在离目镜处看到清晰的进光孔径的像,如图3-3所示。调节读数显微镜的测量又丝与进光孔径的像的上下边缘相切,测量出进光孔径的像的直径。用游标卡尺测量出物镜进光孔径实际直径,代进公式算出望远镜放大倍数。
相对误差： =6.7%
表3-2
透镜组3： =5.00cm =19.50cm
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
39.90
显微镜的组装及放大率的测定
光学实验实验名称：显微镜的组装及放大率的测定实验人员及其具体分工：马凯凯、王杰：实验设计黄立顺、白江伟：实验操作段海瑞、朱江龙：实验数据处理及实验报告系别：物理与电子科学系班级：2010级物理学本科班指导老师：包剑惠完成时间：2012年5月22日显微镜的组装及放大率的测定一、实验目的1、在光学平台上组装简单的显微镜，熟悉其构造及其放大原理。
2、学会显微镜放大倍数的测量。
二、实验仪器及用具光学平台 两个凸透镜 光源 箭孔屏 平面镜 毫米标尺 二维平移底座 半透半反镜 毛玻璃三、实验原理显微镜是一个由目镜和物镜组成的共轴光学系统，它通常是由四片以上透镜组成的系统，可以简化成两个凸透镜组成的放大光路。
被观察的物体放在物镜0l 的物方焦点0f 的外侧附近，先经0l 成放大实像与目镜物方焦点e f 内测附近，再经目镜e l 成放大虚像与明视距离以外。
被观察的物1y处在物镜前面靠近焦点0f 处，它经物镜在目镜的焦平面上成一放大的倒立实象2y ，通过目镜后成一倒立的虚象3y 于明视距离以外。
显微镜的视角放大率为：0''0eM f f s -∆⋅=⋅s = -25cm 为正常人眼的明视距离，△为光学间隔'f —物镜焦距，'ef —目镜焦距当物镜和目镜的焦距已知后，只要测出光学间隔△，就能计算视角放大率M .四、实验内容 一、自组显微镜的装置1、自组显微镜放大率的测定测定显微镜放大率最简便的方法如下图所示，设长为0l 的目的物PQ 直接置于观察者的明视距离处，其视角为e α，从显微镜中最后看到的虚像P’’Q’’亦在明视距离处，设其长度为-l ，视角为-0α ，于是00tan tan ElM lαα==因此，如用一刻度尺作目的物，取其一段分度长为0l ，把观察到的尺的像投影到尺面上，设备投影后像在刻度尺上的长度是l ，则可以求得显微镜的放大率。
将测得的显微镜的视角放大率与理论值0''0eM f f s -∆⋅=⋅ 比较1、用自准直法测量透镜的焦距2、自组显微镜放大率的测定（1）按照实验装置图布置各器件，按显微镜组成要求调节物镜、目镜的位置，并调仪器共轴。
自组显微镜实验报告
自组显微镜显微镜由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，用来放大微小物体的像，是放大虚像的透镜系统。
当把待观察物体放在物镜焦点外侧靠近焦点处时，在物镜后所成的实像恰在目镜焦点内侧靠近焦点处，经目镜再次放大成一虚像，观察到的是经两次放大后的倒立虚像。
【实验目的】1、了解显微镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量放大率的一种方法。
2、了解视觉放大率的概念并掌握其测量方法。
3、进一步熟悉透镜的成像规律。
【实验仪器】光学平台、带有毛玻璃的白炽灯光源S、1/10mm分划板F、显微物镜L0（焦距f0＝1.5cm）、显微目镜Le（去掉物镜头的读数显微镜，焦距f e＝1.25cm）、读数显微镜架SZ－38、二维调整架SZ－07（2个）、底座4个。
【实验原理】由于人眼分辩能力的限制，在观察远处物体或微小物体时，分辩不清物体的细节。
为此人们发明了望远镜、放大镜、显微镜等仪器以增大对眼的视角。
仪器增大视角的能力用视角放大率来描述。
若人眼通过光学仪器观察物体时（实际是物体的像）的张角为φ，不通过光学仪器直接观察物体的张角为ψ，则视角放大率M 定义为： ψϕψϕtan tan ≈=M显微镜的光学系统如图所示，它的物镜L0和目镜Le 都是会聚透镜。
被观察的物体y1位于物镜前面一倍焦距f 0和二倍焦距之间，经物镜L 0后成倒立放大实像y 2，y 2应成像在Le 的第一焦点f e 之内，经过目镜Le 后成一放大的虚像y 3。
y 3应该位于人的明视距离处。
为了适合观察近处的小物体，显微镜物镜L 0的焦距f 0应该选取比较小，一般在12.5-30.0mm 左右。
目镜主要作为放大镜，观察中间像y 2。
显微镜的视角放大率M 定义为最后的虚像和物体在明视距离处对图1显微镜的工作原理人眼的张角之比。
e eM M f D f M •=•∆=00 由上式可知，显微镜的视角放大率等于它的物镜的垂轴放大率和目镜的视角放大率的乘积。
其中，D ＝250mm 为明视距离，△为显微镜的物镜与目镜焦点之间的距离，称为光学间隔。
显微镜的设计及其放大倍率的测量
PINGDINGSHAN UNIVERSITY 显微镜的组装与测量院系：电器信息工程学院班级：11物理学（1）班学号：*********姓名：***自组显微镜及放大倍率测量一、实验简介：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。
二、 实验目的：1） 熟悉显微镜的构造及其放大原理。
2） 掌握光学系统的共轴调节方法。
3） 学会显微镜放大率的测量。
三、 实验仪器：小照明光源 干版架 微尺 透镜架 物镜（f=45mm ） 二维架 目镜（f=24mm ）45°玻璃架 升降调节架 透镜架 毫米尺（l=30mm ）四、 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 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 。
将长度为1y 的被观测物AB 放在o L 的焦距外且接近焦点o F 处，物体通过物镜成一放大的倒立实像//B A (其长度为2y )。
自组显微镜实验报告
自组显微镜显微镜由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，用来放大微小物体的像，是放大虚像的透镜系统。
当把待观察物体放在物镜焦点外侧靠近焦点处时，在物镜后所成的实像恰在目镜焦点内侧靠近焦点处，经目镜再次放大成一虚像，观察到的是经两次放大后的倒立虚像。
【实验目的】1、了解显微镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量放大率的一种方法。
2、了解视觉放大率的概念并掌握其测量方法。
3、进一步熟悉透镜的成像规律。
【实验仪器】光学平台、带有毛玻璃的白炽灯光源S、1/10mm分划板F、显微物镜L0 （焦距f0＝1.5cm）、显微目镜Le（去掉物镜头的读数显微镜，焦距f e＝1.25cm）、读数显微镜架SZ－38、二维调整架SZ－07（2个）、底座4个。
【实验原理】图1显微镜的工作原理由于人眼分辩能力的限制，在观察远处物体或微小物体时，分辩不清物体的细节。
为此人们发明了望远镜、放大镜、显微镜等仪器以增大对眼的视角。
仪器增大视角的能力用视角放大率来描述。
若人眼通过光学仪器观察物体时（实际是物体的像）的张角为φ，不通过光学仪器直接观察物体的张角为ψ，则视角放大率M定义为：M t an tan显微镜的光学系统如图所示，它的物镜L0和目镜Le都是会聚透镜。
被观察的物体y1位于物镜前面一倍焦距f0和二倍焦距之间，经物镜L0后成倒立放大实像y2，y2应成像在Le的第一焦点f e之内，经过目镜Le后成一放大的虚像y3。
y3应该位于人的明视距离处。
为了适合观察近处的小物体，显微镜物镜L0的焦距f0应该选取比较小，一般在12.5-30.0mm左右。
目镜主要作为放大镜，观察中间像y2。
显微镜的视角放大率M定义为最后的虚像和物体在明视距离处对人眼的张角之比。
DMM0ff0eM e由上式可知，显微镜的视角放大率等于它的物镜的垂轴放大率和目镜的视角放大率的乘积。
其中，D＝250mm为明视距离，△为显微镜的物镜与目镜焦点之间的距离，称为光学间隔。
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自组望远镜或显微镜并测量其视觉放大率
望远镜和显微镜都是助视光学仪器，是观察或测量时常用的仪器，它们有时也是其他一些光学仪器(如分光计等)的重要组件。
因此，了解它们的构造原理并掌握它们的使用方法不仅有利于加深理解透镜成像的规律，而且能为正确使用其他光学仪器打下基础。
实验目的
(1)了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法；
(2)了解视放大率等的概念并掌握其测量方法；
(3)进一步熟悉透镜成像规律。
实验原理
望远镜主要用于观察远处的目标，显微镜主要用于观察近处的微小物体，它们的作用都是增大被观察物对人眼的张角，起着视角放大的作用。
两者的光学系统比较相似，都是由物镜和目镜组成，物体先通过物镜成一中间像，再通过目镜来观察。
两者对物体的放大能力都是通过视放大率来表示(在本实验中我们只关心放大率的大小，不考虑其符号)。
望远镜(telescope)
基本的望远系统是由物镜和目镜组成的无焦系统，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合。
无穷远物体发出的光经物镜后在物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜(短焦距)将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。
为了利于对远处物体的观测，望远镜物镜的焦距一般较长。
图1 望远镜的基本光学系统图
图1所示的望远镜，物镜与目镜均为会聚透镜，这种望远镜称为开普勒望远镜，其优点是可在物镜与目镜之间的中间像平面上安装分划板(其上有叉丝和刻尺)以供瞄准或测量。
实验装置中用到的望远镜(如分光计上的望远镜、光杠杆系统中的望远镜等)均为开普勒望远镜，在中间像平面上装有分划板。
实际上，为方便人眼观察，物体经望远镜后一般不是成像于无穷远，而是成虚像于人眼明视距离处；而且为实现对远近不同物体的观察，物镜与目镜的间距即镜筒长度可调，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点可能会不重合。
使用望远镜时，观察者应先调目镜（这称为视
度调节）看清分划板，使分划板成像于人眼明视距离处，再调节望远镜镜筒长度（这称为调焦），即改变物镜、目镜间距，使被观察物清晰可见并与分划板叉丝无视差（中间像落在分划板平面上）。
1）望远镜的视放大率
视放大率Γ定义为目视光学仪器所成的像对人眼的张角(记为'ω)的正切与物体直接对人眼的张角(记为ω)的正切之比，即
ω
ωΓtan 'tan = （1） 对图1所示的望远镜，由于物在无穷远处，则物直接对人眼的张角等同于物对望远镜物镜的张角ω，根据几何光路可知
''tan o f y =
ω '
'''tan e e f y f y ==ω 因此，望远镜的视放大率为 '
'e o T f f =Γ （2） 式中e f 、'e f 分别是L e 的物方焦距、像方焦距，e e f f ='。
如果物镜和目镜焦距已知，则可以计算出望远镜的视放大率。
且物镜的焦距越长、目镜的焦距越短望远镜的放大率越大。
图2 测望远镜的放大率图
实际测量望远镜无焦系统的视放大率时，可以利用图2的光路。
当物y 较近，物距L 1较小，即)'/'1('1e o o f f f L +<时，物镜所成的像会位于O e 点右侧(实像)或O o 左侧(虚像)，经目镜后，即成缩小的实像y ”于O e 点右侧，用仪器测出像高y ”，从三角关系可得出
"
'''y y f f f f e o e o T ===Γ （3） 因此无焦系统的视放大率可测出。
2）物像共面时的视放大率
当望远镜的被观察物位于有限远时，望远镜的视放大率可以通过移动目镜把像y ”推远到与物y 在一个平面上时来测量，如图3所示。
此时
L y "'tan =ω L
y =ωtan 式中，L 为远处物体到目镜的距离。
于是可得出望远镜物像共面时的视放大率为
y
y T "=Γ （4）
图3 测望远镜物像共面时的视放大率
根据几何关系还可以推出
)
'()'(''1o e e o T f L f L f f -+=Γ （5） 显然此时的放大率与物、像都在无穷远时的视放大率不完全相同，但当物距L 1大于20倍物镜焦距时，两者的差别就不太明显了。
显微镜(microscope)
显微镜的基本光学系统如图4所示，它的物镜和目镜都是会聚透镜，位于物镜物方焦点外侧附近的微小物体经物镜后先成一放大的实像，此实像再经目镜成像于无穷远处，这两次放大都使得视角增大。
为了适于观察近处物体，显微镜物镜的焦距很短。
显微镜物镜L O 的像方焦点F o ’与目镜L e 的物方焦点F e 之间的距离δ称为显微镜的光学间隔，放大倍数一定时，光学间隔、镜筒长度也固定不变。
常用显微镜如工具显微镜、读数显微镜等物镜与目镜之间的中间像平面上也安装有分划板利于瞄准或测量。
实际上，显微镜所成的像同样不是在无穷远而是在明视距离处。
使用时要先进行视度调节使分划板叉丝的像位于人眼明视距离处，再调整显微镜与被观察物之间的距离(称为调焦)使被观察物清晰可见并与分划板叉丝的像无视差。
图4 显微镜的基本光学系统
1）显微镜的视放大率
显微镜的视放大率定义为像对人眼的张角的正切与物在明视距离D ＝250mm 处时直接对人眼的张角的正切之比。
显微镜的视放大率可通过三角关系得出，即有
e o o e e e M
f f D y f Dy D y f y ΓβδΓ===='
'''/'/' （6）
式中，'//'o o f y y δβ==为物镜的横向放大率，'/e e f D =Γ，为目镜的视放大率。
从(6)式可以看出，显微镜物镜、目镜焦距越短、光学间隔越大，显微镜的放大倍数越大。
图5 测显微镜视放大率的仪器装配图
y —玻璃标尺（被观测的物） L o —物镜 L e —目镜 P 半透反射镜 AB —毫米标尺
显微镜视放大率的测量可以通过一个与主光轴成45°的半透半反镜把一带小灯的标尺成虚像至显微镜的像平面，直接比较测量像长y ”，即可得出视放大率
y
y M "=Γ (7)
2）测量显微镜
一些光学实验中测量像的大小时会用到测量显微镜。
它由横向放大率为固定值(一般为1.000)的物镜与测微目镜组成，使用时调整测量显微镜位置使得成像在叉丝平面上，则像的实际大小为测微目镜测量值除以横向放大率。
实验内容
组装望远镜或显微镜，测量其视放大率，并与理论值安宁比较。