平行光管的调节与应用
工程光学实验 平行光管的调节与使用11光电专用
实验项目 平行光管的调节与使用[实验目的]1、了解平行光管的结构原理，并掌握平行光管的调整方法。
2、掌握平行光管的使用方法，测定透镜的分辨率及透镜的焦距。
[实验仪器]①CPG-550平行光管及其附件（含灯源及其变压器、平面反射镜）； ②分划板组（十字叉丝分划板、玻罗板、分辨率板、星点板）； ③读数测微目镜（高斯型）；（④被测透镜。
[实验内容及步骤] 一、平行光管的调节（1）用自准直法调节平行光管发出平行光（无视差） a)调节目镜.使在目镜能清晰观察到十字分划板叉丝。
b)调节平面反射镜，使平行光管的出射光反射回到平行光管内。
c)细心调节分划板前后位置，使目镜能同时清楚地看到十字丝和它反射回来的十字叉丝像，并调节平面反射镜的垂直和水平调节螺丝，使叉丝物像重合，切武视差，此时分划板已处于F 焦面位置，平行光管发出平行光。
注意：分划板可更换，中心点可调，前后位置可调，mm f 550='物。
（2）使十字分划板中心点再平行光管的光轴上a)松开平行光管的十字螺钉，将平行光管沿管轴旋转180º，如发现分划板叉丝物像不重合，说明叉丝中心与管轴还有偏离，此时可分别调节平面反射镜及分划板中心的位置，两者各调一半，使叉丝物像重合（半角调节法）。
b ）反复以上调节，使得转动平行光管时叉丝物像重合。
二、精确测定凸透镜的焦距（十字分划板→玻罗板）（1）原理：l f B O y 平'=2，l f A O y x '='1 ∴ 平f f y y x ''='，y y f f x ''='平只要测出y ',将y 、平f '代入以上公式，即可求出x f '。
（2）玻罗板：注意：a)测微鼓单向移动，避免回程差；b ）x f f '>'2平dd f f x ''='平三、测凸透镜的分辨本领，即最小分辨角（1）玻罗板更换为分辨率板（3号）：每单元由4组刻纹，共25个单元。
5实验 平行光管的调整和使用
实验五 平行光管的调整和使用一、实验目的1、 了解平行光管的结构、掌握平行光管的调整方法。
2、 使用平行光管测量透镜焦距。
二、实验仪器550型平行光管（准直管），可调式平面反射镜，分划板（玻罗板），测微目镜，待测透镜三、实验原理1、平行光管的结构2、 测量原理准直管是一种能发射平行光束的精密光学仪器，有一个质量优良的准直物镜，其焦距的数值是经过精确测定的。
光源发出的光，经分光镜反射后，照亮分划板，利用平面反射镜和目镜，应用自准直原理可将分划板准确定位在物镜的焦面上，其光路图如下图2所示。
从图中几何关系看出，测量表达式为：y y f f x''⋅= 已知f=550mm ，由此可知只需测出y 和y ’的值即可。
四、实验步骤1、 调节准直管（1） 将准主管面对平面反射镜，使玻罗板的刻线对位于垂直方向。
（2） 调节目镜，使目镜中能清楚地看到玻罗板上地刻线对。
（3） 调节平面反射镜，使由准主管射出地光束重新返回准主管。
（4） 细心调节分划板座地前后位置，使目镜中能同时清楚地看到刻线对和它反射回来地像，这时玻罗板已基本调节在物镜的焦平面上。
图2 平行光管测透镜焦距光路图（5）调节平面反射镜的铅直和水平调节螺旋，使玻罗板上刻线对物、像重合，且无视差，这时玻罗板已和物镜的焦平面严格共面。
（6）松开准主管座上的十字螺钉，将准主管绕光轴转过180度，如发现玻罗板上刻线对不再重合，说明玻罗板中心同光轴还有些偏离。
（7）分别调节平面反射镜及分划板中心调节螺旋，两者各调节一半，使玻罗板上刻线对物、像重合。
（8）重复步骤（6）、（7），反复调节，直到转动准主管时，刻线对的物和像始终重合，至此，准主管已调节完毕。
2、测定透镜的焦距(1) 如图放置好准直管，待测透镜及测微目镜，调节同轴、等高；(2) 沿光轴前后移动透镜，使在测微目镜中看到清晰的玻罗板像；(3) 用测微目镜测出玻罗板的像上各线对的间距y‘，重复几次，取平均值；（已知：y1=1mm，y2=2mm，y3=4mm，y4=10mm，y5=20mm）(4) 以y‘和y及准直管物镜焦距f‘=550mm代入测量公式，计算出待侧透镜的焦距。
平行光管的调节与应用
光学系统的分辨本领
光学系统对物点所成的像，不可能是几何点，而是具有一定大小的光斑——亮暗交替的环状衍射条纹。
如果两个物点的距离很小，对应的光斑会互相重叠，光的衍射现象限制了光学系统的分辨能力，这是光学系统普遍存在的问题。
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瑞利判据与最小分辨角
一个物点的衍射图样中央主极大与另一个物点的衍射的第一极小相重合时，这两个物点是恰可分辨的。
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实验目的和教学要求
了解平行光管的结构，掌握平行光管的调节方法; 学习使用平行光管测定薄透镜的焦距。 了解分辨率的概念，利用平行光管测量透镜的分辨本领；
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平行光管
通过平行光管可以取得来自无穷远的光束——平行光。它是装校调整光学仪器的重要工具，也是常用的光学量度仪器。
预备问题及课堂讨论题
1．测凸透镜焦距和分辨率时，透镜与平行光管间的距离对结果有无影响？2．如何用一元线性回归方法来计算透镜焦距，特别是有多个但不完整的玻罗板线对的数据时，还能获得焦距的测量值吗？3. 导出分辨率的测量公式，式中206265″是怎么来的？4. 讨论人眼在明视距离和远处（例如10 m处）能分辨的最小距离（眼瞳直径的调节范围约为2～8 mm）5. 测量透镜分辨率时，若将鉴别率板的成像再进行一级放大，是否能提高透镜的分辨率（设放大系统的分辨率高于透镜）？6. 玻罗板放不到位，对测量的焦距值有什么影响？
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透镜最小分辨角的测量
分辨率板
每板上面都有25个单元图案，每个单元有四个方向，每个方向都由一些平行的刻线所组成的。3号分辨率板则从40µm递减到10µm。
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用测微目镜可观察到分辨率板的像。如果被检透镜质量高，在视场里观察到能分辨的单元号码越高。仔细找出尽可能高的分辨单元号码，由下式计算最小分辨角
平行光管的调节和使用实验报告
平行光管的调节和使用实验报告一、引言平行光管是一种常用的光学实验仪器，用于产生平行光束。
在许多光学实验和光学设备中，平行光束的使用至关重要。
本实验旨在研究平行光管的调节和使用方法，以及对光束的影响。
二、实验步骤1. 准备实验所需材料：平行光管、光源、反射镜、透镜等。
2. 将光源放置在适当的位置，并对其进行调节，保证光线稳定。
3. 将平行光管放置在光源前方，调节其位置，使光线能够通过光管。
4. 调节平行光管的角度，使光线尽可能地平行。
5. 在平行光管的出口处放置反射镜，反射光线使其方向与入射光线平行。
6. 在反射镜的一侧放置透镜，调节透镜位置和焦距，使光线经过透镜后能够聚焦成平行光束。
三、实验结果通过对平行光管的调节和使用，我们成功地产生了平行光束。
通过调节光源位置和角度，我们可以控制光线的入射方向和角度。
通过反射镜和透镜的使用，我们能够使光线保持平行，并且可以调节光线的聚焦程度。
四、实验讨论1. 光源的稳定性对实验结果有重要影响。
如果光源不稳定或者存在明显的闪烁，会导致产生的光束不够平行。
2. 平行光管的角度调节是关键步骤之一。
如果角度调节不准确，会导致光束的方向不平行。
3. 反射镜和透镜的使用可以进一步改善光束的平行性和聚焦效果。
透镜的选择和调节需要根据实际需求进行。
五、实验应用平行光管广泛应用于光学实验和光学设备中。
在显微镜、望远镜等光学仪器中，平行光管可以使光线在光学系统中传输更加稳定和精确。
在激光技术中，平行光管可以用于整形光束，使其成为平行光束，提高激光器的输出功率和质量。
六、实验总结通过本实验，我们学习了平行光管的调节和使用方法，并成功地产生了平行光束。
实验结果表明，光源的稳定性、平行光管的角度调节以及反射镜和透镜的使用对光束的平行性和聚焦效果有重要影响。
平行光管在光学实验和光学设备中具有广泛的应用价值，对光学研究和应用具有重要意义。
七、参考文献[1] 瞿晓星, 王宇, 李明, 等. 平行光管的研究及应用[J]. 中国光学, 2018, 11(1): 64-70.[2] 邓小勇, 张航, 吴江, 等. 平行光管的设计与制作[J]. 中国光学, 2019, 12(3): 409-415.八、附录实验所用材料：平行光管、光源、反射镜、透镜等。
5实验平行光管的调整和使用
5实验平行光管的调整和使用实验目的：通过对平行光管的调整和使用，掌握光学实验中平行光管的使用方法，并了解平行光管在光学实验中的作用和应用。
实验器材：平行光管、白色光源、凹透镜、凸透镜、物体、屏幕、光屏等。
实验原理：平行光管是光学实验中常用的一种装置，用来产生平行光线，可以用来模拟远方光源照射物体的情况。
在实验中，我们可以通过调整平行光管的位置和角度，来获得不同的光线照射效果，从而研究光线的传播规律和光学相关现象。
实验步骤：1.将平行光管放置在平稳的台面上，并调整好其位置，使其与实验物体和光屏等垂直。
2.将白色光源放置在平行光管的一侧，并确保光线可以通过平行光管发射出来，形成平行光束。
3.在平行光管的另一侧放置实验物体，比如一个透镜或其他物体，调整其位置和角度，使其得到适当的光线照射。
4.在实验物体的另一侧放置一个光屏或观察屏，用来观察光线的传播情况和形成的影像。
5.可以在实验中加入凹透镜、凸透镜等光学元件，观察其对光线传播的影响，从而了解不同物体对光线的散射、聚焦等现象。
实验注意事项：1.实验中要小心操作，防止光线直射眼睛，可以戴上护目镜等防护用具。
2.调整平行光管的位置和角度时要小心，确保光线发射和照射的正确。
3.实验环境应保持安静，避免外部光线干扰，以获得清晰的实验结果。
实验结果：通过调整平行光管的位置和角度，我们可以观察到不同物体在光线照射下的影像和效果。
实验中我们可以发现，平行光管可以模拟远方光源照射物体的情况，从而研究光的传播规律和光学现象。
实验应用：平行光管在光学实验和教学中有着广泛的应用，可以用来研究光的传播规律、物体的光学特性、光成像等方面的问题。
通过实验，我们可以更好地理解光学原理和现象，提高实验技能和科学素养。
总结：通过对平行光管的调整和使用，我们可以更好地了解光学实验中的平行光线产生和应用方法，掌握光的传播规律和光学现象的研究方法，提高实验技能和科学素养，为进一步研究光学问题打下基础。
平行光管的调整和使用课件
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式中y’是波罗板上所选用线距实际 值， y是测得波罗板象的线距， f‘ 是平行管物镜焦距实测值，为了 保证测量精确度，一般待测透镜 的焦距颖小于平行光管的物镜焦 距的二分之一。
用平行光管测量焦距如下图所示，选用 测微目镜，使被测 透镜焦平面上所成 玻罗板的像也在测 微目镜的焦平面上，
二级物理实验平行光管的调整和使用内容总览
实验原理 思考题与参考资料
注意事项
仪器设备
1．了解平行光管的结构原理，并掌握平行 光管的调节方法。2.掌握平行光管的使用方法，测定透镜的 焦距、分辨率等
实验目的
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1 、550型平行光管。2 、可调式平面反射镜。3、分划板一套(十字分划板、玻罗板、 分辨率板、星点板)。4、测微目镜。5、待测透镜一块
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平行光管的调整： 当调试好平行光的十字分划板的中心与平行光管的主光轴共轴以后，先拆下高斯目镜光源，再拆 下十字分划板，换上玻罗板、鉴别率板等，接上如下所示 的直筒式光源，其中直筒式光源中的小灯泡是从高斯光源 上拆下来的。由于分划板放在平行光管物镜的焦平面上，
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且有灯光照射在分划板的毛玻璃上，所以，分划板 上各种划痕，以及毛玻璃上所散射出来的光，通过 物镜的折射以后，都成为平行光。平行光管是装、 校、调整光学仪器的重要工具之一，也是光学量度 仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，与测 微目镜(或显微镜系统)，可以测定透镜或透镜组 的焦距、鉴别率及其它成像质量。为了保证检查或 测量精度，被检透镜组的焦距最好不大于平行光管 物镜焦距的二分之一(其物镜焦距我们经常说成是 平行光管的焦距)。
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(3)星点板：星点直径为 φ0.05毫米，通过被检系 统后有一衍射像，根据像板：它与测微目镜(或读数显微镜)组合 在一起使用，用来测量透镜组的焦距。玻罗板上每两 条等长线之间的间距有不同的尺寸，其名义尺寸为： 1毫米、 2毫米、 4毫米、 10毫米、 20毫米，使用时应 依据出厂时的实测值。
大学物理光学实验
大学物理光学实验平行光管的调整及使用1．测量凸透镜及透镜组的焦距１）平行光管调整后，拿下平面镜，将被测凸透镜置于平行光管的前方，在透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。
２）将平行光管的十字分划板换成玻罗板，并拿下高斯目镜上的灯泡，放在直筒形光源罩上，然后装在平行光管上。
３）转动测微目镜的调节螺丝，直到从测微目镜里面能看到清晰的叉丝、标尺为止。
４）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合。
５）用测微目镜测出玻罗板像中10毫米两刻线间距的测量值y，读出平行光管的焦距实测值'f和玻罗板两刻线的实测值'y（出厂时仪器说明书中给定），重复五次，将各数据填入自拟表中。
2．用平行光管测凸透镜的鉴别率（１）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。
（２）将测微目镜、被测透镜、平行光管依次放在光具座上。
（３）移动被测透镜的位置，使被测透镜在平行光管的3号鉴别率板成像于测微目镜的焦平面上。
用眼睛认真地从1号单元鉴别率板上开始朝下看，分辨出是哪一个号数单元的并排线条，记下号码。
（４）在表4－4－1中查出条纹宽度a值及鉴别率角值，也可将a、'f（平行光管焦距，出厂的实测值）代入（4－4－3）式，求出鉴别率角值 。
光的干涉实验若将同一点光源发出的光分成两束，在空间各经不同路径后再会合在一起，当光程差小于光源的相干长度时，一般都会产生干涉现象。
干涉现象是光的波动说的有力证据之一。
“牛顿环”是一种分振幅法等厚干涉现象，1675年，牛顿首先观察到这种干涉，但由于牛顿信奉光的微粒说而未能对其作出正确的解释。
干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波波长，精确测量微小长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。
实验十一平行光管的调整及使用
实验十一平行光管的调整及使用一、实验目的1. 了解平行光管的结构、原理和调整方法；2. 掌握使用平行光管测量物体的长、宽、高，及角度等参数的方法。
二、实验原理平行光管又称为追光器，是一种用于投影、测量的光学仪器，通过平行光束的投射使被测物投影到屏幕上，从而测量物体的长、宽、高和角度等参数。
平行光管主要由发光体、物镜、平台、接触轮等部分组成，其中，发光体产生平行光束，物镜使光束垂直投射到物体表面，平台和接触轮保证了物体在同一平面上的测量。
调整好的平行光管，可以投射出非常纯净、明亮、均匀并没有“翘尾巴”的平行光。
三、实验器材平行光管、直尺、标尺、图钉、白纸、测角器。
四、实验步骤1. 开启平行光管电源，调节发光体的亮度，使平行光管发出明亮的光线；2. 将平行光管放在平稳的桌面上，调整光管的高度，使光线垂直向下照射；3. 参照平行光管安装说明书，安装和调整合适的物镜，请专业人员指导操作；4. 将待测物体放置在平行光管的平台上，与接触轮接触；5. 调整物镜位置，使得光束的最终成像平面足够大，可以容纳整个测量范围；6. 调整物镜的焦距和位置，使得光束垂直投射到物体表面；7. 在屏幕上固定一张白纸，在白纸上钉上几个图钉，并沿着待测物体的四周方向，用直尺或标尺测量物体的长、宽、高等参数；8. 使用测角器测量物体的角度等参数；9. 完成测量后，关闭平行光管电源，清理仪器和工作环境，正确认识仪器和配件的使用与维护。
五、实验注意事项1. 实验过程中，必须认真仔细，小心操作，避免意外事故的发生；2. 使用平行光管前，应仔细读取并遵守厂家的安装、调整、使用和维护规定；3. 仪器的磨损度、光管的清洁度、物镜的调整程度等，都会对测量结果产生直接的影响，应加以重视；4. 操作人员必须具备一定的专业知识和技能，不得擅自拆卸和修理仪器；5. 仪器在使用过程中，应避免与其它光学仪器和强电器具放在同一位置，以免产生干扰。
六、结论通过本实验，我们了解了平行光管的结构、原理和调整方法，并掌握了使用平行光管测量物体的长、宽、高及角度等参数的方法。
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实验目的和教学要求
了解平行光管的结构，掌握平行光管的 学习使用平行光管测定薄透镜的焦距。
了解分辨率的概念，利用平行光管测量 透镜的分辨本领；
实验原理 -----透镜焦距测量
如图示，选用测微目镜，使被测透镜焦平面上所成玻罗板的像也在 测微目镜的焦平面上，便可测量。 因为 所以
'
f1 h1 f h
板。当分划板位于物镜的焦面上时，分划板的像在物镜像空间的 无穷远处 ，即由平行光管发出的光是平行光束。
实验仪器
1 - 光 源：在平行光管中，利用白炽灯作为光源 2 - 毛玻璃：由于灯丝发出的光不是均匀的面光源，因此需要通过毛玻 璃将其转换成均匀的面光源照射分划板。 3 - 分划板：十字叉丝，波罗板，鉴别率板，星点板。 4 - 物 镜：平行光管物镜
式值（贴于平行光管管壁上， 单位毫米）, h为玻罗板上所选用线距实测值(实验中为名义值)，h’1 为玻 罗板线对像的线间距(测量值)。
1.玻罗板
2.平行光管物镜
3.被测凸透镜
4.测微目镜
实验原理 -----透镜焦距测量
光路图演示
物镜 h h1 ’ 待测透镜
研究背景
平行光管的用途：
平行光管是通过它取得来自无远的光束，此光束谓 之平行光。是装校调整光学仪器的重要工具，也是光 学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板， 连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组 的焦距，鉴别率，及其他成像质量。将附配的调整式 平面反光镜固定于被检运动直线的工件上，用附配于 光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察， 可以进行运动工件的直线性检验。
实验仪器
其读数方法和螺旋测微器差不多，毫米以上的刻度在固定套管 上直接读出；毫米以下的刻度在鼓轮上读出。 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。实验中有两种测微目镜,不同之处在于鼓轮 刻度如同所示.
012345678
双基准线，测量时， 此线夹住待测刻线时 读数，整数位在视野 中读取，小数位在鼓 轮上读取
2a 206256" f'
式中为角值，a为条纹宽度,f ’为平行光管焦距。
实验仪器
5W-F550型平行光管的结构图
测微目镜
分划板
(一) 平行光管主要是用来产生平行光束的光学仪器，是装校和 调整其他光学系统的重要工具之一 ，也是光学度量仪器的 重要组成部分。若配用不同的分划板，并选用读数显微镜 或测微目镜 ，可以测定光学系统的焦距、分辨率及其成像 质量。光源发出的光经聚光镜会聚与分光板反射后均匀照亮分划
实验仪器
波罗板。分划板上用真空镀膜的方法镀上五
组线对，各线对间距名义值分别是：1mm， 2mm，4mm，10mm，20mm。
3号分辨率板。每板上面都有25个单元图案，
每个单元有四个方向，每个方向都由一些平行 的刻线所组成的。3号板则从40µ m递减到 10µ m。
实验仪器
( 四)
带测微装置的目镜，由目镜、 可动分划板、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。旋转鼓轮，刻有十字叉丝的可动分划板就可以左右移动。它的位 置可以在外面直接读出。测量时，应先调节目镜，看清楚叉丝，然后转动鼓轮， 使基准线与被测物的像的一端重合，便可得到一个读数。再转动鼓轮，使基准线 与被测物像的另一端重合，又可得到一个读数。两读数之差，即被测物的尺寸。 实验中用两种测微目镜，如图示。
f’
f 1’
实验原理 -----透镜的分辨率
(a)
(b)
(c)
分辨率与瑞利判据
光学系统的鉴别率是该系统成像质量的综合性指标，按照几何 光学的观点，任何靠近的两个微小物点，经光学系统后成像在像 平面上，仍然应是两个“点”像。事实上，这是不可能的。即使 光学系统无像差，通过光学系统后，波面不受破坏，而根据光的 衍射理论，一个物点的像不再是“点”，而是一个衍射花样。光 学系统能够把这种靠得很近的两个衍射花样分辨出来的能力，称 为光学系统的鉴别率。 瑞利提出了一个判据：如果一个物点的衍射图样中央主极大 与另一个物点的衍射中央主极大傍的第一极小相重合时，这两个 物点是恰可分辨的。
纲要
预习问题 研究背景 实验目的和教学要求 实验仪器 实验原理 实验内容与步骤 最新研究进展
预备问题及课堂讨论题
1．测凸透镜焦距和分辨率时，透镜与平行光管间的距 离对结果有无影响？ 2．如何用一元线性回归方法来计算透镜焦距，特别是 有多个但不完整的玻罗板线对的数据时，还能获得焦 距的测量值吗？ 3. 导出分辨率的测量公式，式中206265″是怎么来的？ 4. 讨论人眼在明视距离和远处（例如10 m处）能分辨的 最小距离（眼瞳直径的调节范围约为2～8 mm） 5. 测量透镜分辨率时，若将鉴别率板的成像再进行一级 放大，是否能提高透镜的分辨率（设放大系统的分辨 率高于透镜）？ 6. 玻罗板放不到位，对测量的焦距值有什么影响？
实验原理 -----透镜的分辨率
根据衍射理论和瑞利准则，仪器的最小分辨角为
=1.22/D
式中 的单位为弧度，D为入射光瞳直径，为光波波长。 当平行光管物镜焦平面上的鉴别率板产生的平行光（将平行 光管的分划板换成鉴别率板）射入被测透镜时，在被测透镜的焦 平面附近，用测微目镜可观察到鉴别率板的像。如果被检透镜质 量高，在视场里观察到能分辨的单元号码越高。仔细找出尽可能 高的分辨单元号码，由下式测定鉴别率角值
竖线为基准线，测 量时，竖线对准读 数，数值均在鼓轮 上读取。注意：整 数位是反的。
10 5 10 5 0
70 75 80
4.059mm （a）
3.737mm （b）
实验仪器
(1) 测量时，鼓轮应沿同一方向旋转，不得中途反向，以避免空
(2) 被测量物的线度方向必须与基准线方向平行，否则会引入系
(3) 被测量物的像与基准线重合，不能存在视差 (4) 虽然测微目镜测量范围为0～10mm，但一般测量应尽量控制 在1～9mm范围内进行，以保护测微装置的准确度，切忌读 出负值。 (5) 零点修正值的存在，注意整数位的读法。