自组显微镜实验报告

显微镜和放大镜设计 预习说明： 在本实验中，读者应充分了解显微镜和放大镜的成像原理，以及视觉放大率的定义。因此预习报告请包含以下内容： 1、光学仪器视觉放大率的定义 2、显微镜和放大镜的成像原理（光路图、理论放大率公式） 3、显微镜和放大镜的放大率测量方法（光路图） 4、需要哪些仪器（根据光路图即可得出） 5、测量步骤，测量中可能出现的问题及解决办法。 6、测量数据表格  一、实验目的 1、了解显微镜和放大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、学会测量显微镜和放大镜的视觉放大率。  二、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表示，其定义为/tantanww                                            （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oL为物镜（焦点在oF和/oF）,其焦距为of；eL为目镜，其焦距为ef。将长度为1y的被观测物AB放在oL的焦距外且接近焦点oF处，物体通过物镜成一放大的倒立实像//AB(其长度为2y)。此实像在目镜的焦点以内，经过目镜放大，结果在明视镜D上得到一个放大的虚像////AB(其长度为3y)。虚像////AB对于被观测物AB来说是倒立的。显微镜物镜焦点/F到目镜焦点eF之间的距离称为物镜和目镜的光学间隔。当显微镜中能看到物体清晰图像时，物镜前端面到被测物的距离叫做显微镜的工作距离。为获得清晰的图像而调节显微镜与被观测物的距离称之为调焦。由图可见，显微镜的视觉放大率为/332121/tan•tan/yDyywwyDyy                               （2）式中，322eeyDDyuf，为目镜的视觉放大率；21011oyvyuf（因1v比of大得多），为物镜的线放大率。因而式（2）可改写成0••eeoDff                                    （3）由式（3）可见，显微镜的放大率等于物镜放大率和目镜视觉放大率的乘积。在of、ef、和D已知的情形下，可利用式（3）算出显微镜的视觉放大率。（三）、望远镜及其视觉放大率望远镜是帮助人眼观望远距离物体，也可作为测量和对准的工具，它也是由物镜和目镜所组成。远处物体PQ发出的光束经物镜后被会聚于物镜的焦平面oF上，成一缩小倒立的实像PQ，像的的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离。当焦平面oF恰好与目镜的焦平面eF重合在一起时，会在无限远处呈一放大的D ''B1y B oF A ''A'A3y oL'oF eF'B'eF 2y'w1u 1v2u倒立的虚象，用眼睛通过目镜观察时，将会看到这一放大且移动的倒立虚象PQ。若物镜和目镜的像方焦距为负（两个都是汇聚透镜），则为开普勒望远镜；若物镜的像方焦距为正（汇聚透镜），目镜的像方焦距为负（发散透镜），则为伽利略望远镜。由理论计算可得望远镜的放大率为oefMf该式表明，物镜的焦距越长、目镜的焦距越短，望远镜的放大率则越大。对开普勒望远镜(0of，0ef)放大率M为负值，系统成倒立的像；而对伽利略望远镜(0of，0ef)，放大率$M$为正值，系统成正立的像，因实际观察时，物体并不真正位于无穷远，像亦不成在无穷远。该式仍近似适用。 三、实验仪器 （一）显微镜小照明光源S，微尺1M，物镜oL，目镜eL，45°玻璃架，毫米尺2M，白光源，白屏，若干光学支架和底座。其中可供选折透镜有（f＝29mm；45mm；50mm；70mm）（二）望远镜 标尺；物镜oL，目镜eL，若干光学支架和底座。其中可供选折透镜有（f＝29mm；45mm；50mm；70mm；105mm；150mm；190mm；225mm；300mm；-100mm）四、实验内容与步骤 本实验的主要内容就是自组搭建简单显微镜、望远镜光路，测量放大率。（一）简单显微镜1、将各光学元件沿着光学平台上的标尺固定在相应的支架上，夹好、靠拢，调同轴等高注意：各光学元件的高度通过目测调节好后，在固定前同时应确保各光学元件与相应光学底座的某一边保持平行，便于调节光路。2、按装置图装配显微镜根据理论计算确定物镜oL与目镜eL的距离；在eL之后放置一与光轴成45°角的平玻璃板，距此玻璃板25cm处放置一白光源（图中未画出）照明的毫米尺2M。3、微调微尺1M的位置调整微尺1M离物镜oL的距离，使它经显微镜系统成的像3y与毫米尺2M经45°玻璃板反射的像S重合。要求反复调整，直到微尺1M的放大像3y与毫米尺2M反射像S之间没有视差为止。4、仔细观察微尺1M的放大像和毫米尺2M的反射像，同时微调毫米尺2M的高度，让其反射像中的某一格对准被测物放大像的某一格，读出微尺1M放大像3y的格数b所对应的毫米尺2M反射像的格数a，需反复测量，求平均视觉放大率。5、数据处理：根据公式10ba计算出简单显微镜的视觉放大率。并将计算结果与理论值作一比较，计算百分误差比。 （二）简单放大镜1、将各光学元件沿着光学平台上的标尺固定在相应的支架上，夹好、靠拢，调同轴等高注意：各光学元件的高度通过目测调节好后，在固定前同时应确保各光学元件与相应光学底座的某一边保持平行，便于调节光路。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12dMd，0sMMsf4、读出物镜和目镜的焦距，求出计算放大率oefMf比较M、M、M，并分析说明它们的差异。五、注意事项 1、所有光学玻璃器件应保持清洁，避免各种污染，使用时注意防尘、防震；不要对着仪器说话、咳嗽等；L S25cm PeLoL 1y 'S 3y 'S 2y 测量时动作要轻、缓，尽量使身体部位离开实验台面，以防震动；所用的光学元件比较精密，不能触摸光学元件光学表面。 2、所有光学元件固定在光学支架上时，光学元件位置要放正，固定螺丝不要旋得过紧，以防镜片受压变形和损坏。实验完毕，应将所有光学元件取下，按顺序放回光学附件盒中。 3、读数时应注意仪器的位置，即读出的数据是否需要修正。 7、实验完成后，不可调动仪器，要等老师检查完数据并认可后才能关掉光源和电源。同时应把各光学元件按顺序摆放好，养成良好的实验习惯。  六、实验思考题（必做） 1、计算放大率和测量放大率是否相同，为什么。2、显微镜有几种类型？3、证明0sMMsf显微镜和放大镜设计 1. 显微镜的设计 设计放大倍率：             目镜焦距：             物镜焦距：            镜筒长度：       2 显微镜放大率的测量 目镜位置：                      物镜位置： 测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 待测物体长度           像长           显微镜放大率             3. 放大镜的设计 设计放大倍率：                      目镜焦距：                  物镜焦距：                4 放大镜放大率的测量   目镜焦距：                  物镜焦距：                标尺至物镜的物距S： 测 量 次 数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 待测物体长度           像       长           放大镜测量放大率             班级：__________________姓名：__________________实验日期：__________________