(临床医学)大学物理实验 光学仪器的设计

④计算望远镜的角放大率。
M
tan tan
y / f2 y / f1

fo fe
y1 / y3
注意共轴调节
五、显微镜的调节和角放大率的测量
(物像共面法测量计算)
（1）显微测微尺（分度值为0.01mm或 0.05mm）安放在距物镜略大于焦距处
（2）调节目镜，使测微尺的像通过显微镜清晰地观
实验仪器
光具座，凸透镜2个（作望远镜用），物屏1个、 光屏1个，光源1套，透镜夹2个，卷尺1个，干板夹 1个，游标卡尺1把，过渡架1个，有机玻璃直尺1把， 显微测微尺1个，显微镜目镜1个，显微镜物镜1个 等。
注意共轴调节
一、预备知识 凸透镜焦距的测量方法
1、自准直法 （平面镜法）
当物距等于透镜的焦距时， 物体任一点发出的光经过 透镜折射后成为平行光， 经平面镜反射，会聚光线 在透镜的焦平面上成一个 与原物大小相等的倒立实 像。
1611年发明望远 镜。
伽利略望远镜——由凹透镜当目镜。
优点：观察的是正立的像，结构简单、轻便，光能损失少，镜筒短， 成正立虚像。
缺点：放大倍数小，观察视野窄，倾角大的光线不能进入眼睛，无
中间像，不好装叉丝或分划板。
f1' 0 , f2' 0
总的视角放大率:
M U' f1' f1'
U f2
f2'
用途： 看戏剧 玩具望远镜
开普勒望远镜——凸透镜当目镜。成像上下 左右颠倒。（需要在物镜后面添加棱镜组或 透镜组来转像，使眼睛观察到的是正像 ）
1612年发明
焦点重合
德国天文学家
Johannes Kepler， 1571-1630
m fo y fe y`
注意共轴调节
4、开普勒望远镜的设计要点
激光共聚焦显微镜 原子力显微镜
普通光学微镜
荧光倒置显微镜
扫描显微镜
相差显微镜
荧光正置显微镜
微分干涉差显微镜
偏光显微镜
电子显微镜
暗视野显微镜
手术用显微镜 扫描电子显微镜
透射电子显微镜
显微镜的设计
1、显微镜的光学原理图和视角放大率M=βMe
靠近焦点
光学镜筒长
明视距离
Fo<Fe Fo、Fe＜＜25cm
2、二次成像法（共轭法或位移法）测焦距的原理
首先确定物象间的距离D>4f。
如果透镜在这个距离之间能有 两个成像（一个放大的，另一
个缩小的），且两次透镜位置
间的距离为d，则
D2 d2 f
4D
3、物距像距法测量焦距（高斯公式法）
1 1 1 移动像屏得到一个清 f u v 晰的与物相似的倒立
NO. 微尺格数×0.01（或×0.05） mm
1 2 3 4 5
微尺像在直尺上的格数×1mm Mi
七、数据处理
望远镜的角放大率测量值 望远镜角放大率理论值
物的大小 M 像的大小
M0

tan tan

fo fe

望远镜角放大率的测量结果 M M S
（1）物镜的焦距大于目镜的焦距。 （2）物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合。 （3）物体经大焦距的物镜后在焦平面上成缩小的实像。(物
镜的作用是将远处的物体聚焦在目镜物方的焦平面上） （4）小焦距的目镜将物镜所成的实像放大到无穷远处。
（目镜起放大镜的作用，将目镜物方焦平面上的倒立实像 放大为一虚像）
三、显微镜的组装
一个倒立放大的实像I1。 （6）再经大焦距的目镜后在大于明视距离外成一放大的虚
像I2供眼睛观察。
注意共轴调节
四、望远镜角放大率的测量方法
物像共轭法测量
物镜和目镜之间的距离等于两透镜焦距之和。
在物镜前方加上直尺，在目镜后方插上光屏。
将无穷远处的物体（直尺）逐渐移至物镜前方， 在光屏上成一缩小的像y3，并量之。
察到。
微尺像在直尺上的示数
M
微尺的大小
显微测微尺
（3）选一个直尺如图中的有机玻璃直尺，将 其置于距目镜25cm处（明视距离）
（4）调节显微镜的目镜，使测微尺的像落在 直尺上且没有视差，
（5）读出测微尺的像落在直尺上（重合区段 内）相对应的长度，即可得到显微镜的放大率
六、实验数据记录
M


l f0

25 cm fe

物镜的放大率
目镜的放大率
光学筒长 l FoFe
2、显微镜的设计要点
注意共轴调节
（1）显微镜的fo<fe。 （2）目镜和物镜之间的距离比fo , fe大得多。 （3）分划板位于物镜像方焦平面上。 （4）物体位于物镜（objective）物方焦点前附近。 （5）物体经物镜后，在目镜（eyepiece）的物方焦面内侧成
2、折反射望远镜 。在球面反射镜的基础上，再 加入用于校正像差的折射元件 ,以消除球面差。
施 密 特 望 远 镜
1931年美国施密特发明
马 克 苏 托 望 远 镜
1940年苏联光学家马克苏托发明
3、折射望远镜：用透镜作物镜的望远镜。
意大利物理学家伽 利略1609年发明望 远镜
德国天文学家 开普勒
像
二、望远镜的组装
光学望远镜的分类：
反射式望远镜 折反射望远镜 折射式望远镜
1、反射望远镜：用凹面反射镜作物镜的望远镜 。 主要优点是不存在色差 。
牛
卡
顿
塞
格
望
林
远
望
镜
远
镜
牛顿用2.5cm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度角的反 射镜
1672年卡塞格林所发明。 由两块反射镜组成的一种 反射望远镜，
表1 用高斯公式法测量望远镜用透镜焦距原始数据(单位：mm)
NO.
透镜1
透镜2
u
v
f1
u
v
f2
1
2
3
4
5
f1 s
f2 s
表2 共轭法测望远镜视角放大率的数据 （单位：mm，fo= fe=）
测量次数
物的大小
像的大小
Mi
1Leabharlann Baidu
2
3
4
5
备注：mi

物的大小 像的大小
表3 显微镜视角放大率测量数据(f0=1.6cm fe=2.5cm，光学筒长 l=16cm 目镜放大率10×，物镜放大率10×)
实验题目：光学仪器设计 实验性质：设计性实验
李振声 物理教研室
显微镜——为人类打 开了“近在眼前”的微小世 界的大门
望远镜——则帮助人类揭 示了“远在天边”的星球世 界的奥秘
实验目的
重点 学会透镜焦距的测量方法。
掌握光学仪器系统的设计、测试的基本方
法
难点
应用提供的透镜、光具座及基本的测试工 具，设计并组装望远镜、显微镜