短学期：简易望远镜的设计与制作

《物理实验技能训练》

实验报告

题目简易望远镜的设计与制作

学院数理与信息工程学院

班级物理123班

姓名岑泽，朱正杰，戴立

学号12180319，12180338，12300127 任课教师邬汝宽老师

成绩

二O一四年07月

简易望远镜的设计与制作

摘要：简易望远镜的制作是浙江师范大学数理与信息工程学院物理系专业大二下物理实验技能训练(短学期)中的一个内容，对提高物理本科生的实验技能，动手操作能力具有重要的作用。简易望远镜的制作材料简单，仅为两个一粗一细PVC 管、一转接管和两片凸透镜。但是每个人使用这简单的材料制作出来的望远镜却是各有不同，在制作的过程中激发了学生一定的创新意识，培养了一定的动手能力。本实验报告将描述的是本小组望远镜的制作，不敢说是最好的，但是能说我们是有收获的。

关键词：简易望远镜；物理实验技能训练；望远镜的制作

1 简易望远镜的制作概述

1.1制作材料

材料1：

材料2：

注：其中透镜的厚度及其直径是我们在制作望远镜的过程中为了精益求精而测量出来的数值，其他的数值是由老师给出。

材料3：转接管（1个）

注：原老师设定的转接管是有两个的，不过可能是因为材料的原因或者出于对望远镜成品考虑（考虑到2个转接管和1个都是能够制作望远镜的）老师改成1个转接管。

1.2制作要求

要求1：要求制作的望远镜可调节观察，观察距离为1m →∞+。

要求2：要求在目镜观察望远镜时，其视场是满的。

1.3制作原理

原理1：f

111

=+νμ 原理2：1

2f f F -= 2 简易望远镜的设计

邬老师早上时给我们讲解了制作的材料以及制作的要求之后，让我们领取好材料后去查找资料了解相关的内容。刚开始我们是非常不适应的，但这却是一个比较好的教学方法。因为这会在这过程中学到很多东西，而不是照搬老师他自己设计的望远镜。若是这样，学生得

到的那就仅仅是模仿，而没有自己的创新了。所以，我们带着材料以及要求去查找资料。2.1设计前的问题

在设计望远镜之前，我们有三个问题需要解决，这些问题对于我们成功制作望远镜的意义十分重大。

1、怎么样才能可调节观察，什么情况下才能观察到1m并且刚好卡住，什么情况下能观察无穷远的距离并刚好卡住。

2、怎么确定观察时的视场是满的，什么情况下的视场不是满的。

3、一粗一细的水管以及一个转接管如何做到活动调节，能不能用其他的材料。

在开始之前我们没有想到如何安装镜片的问题，不过这个问题是我们在制作的过程中最常思考花时间思考最长的问题。

2.2查找资料

有了问题我们开始上网查找资料，我们首先百度，这是每个人都会搜索的，不过所获无多。然后我们查找知网，维普以及万方等。《浅谈大学物理实验课上简易望远镜的制作》[1]这个题目一看肯定和我们制作的望远镜十分符合，并且可能是一样的。然而事实并非如此。我们又找到了《简易望远镜》[2]《简易望远镜的制作》[3]《制作简易望远镜》[4]《简易天文望远镜的制作》[5]这四个论文，我们对这四篇论文进行研究，发现《简易望远镜》中的图对我们制作望远镜非常的有启发（如下图1）。

图1 用纸筒做成的折射望远镜

从图1从我们可以很轻松地学到很多的东西，了解了一些问题。首先，透镜的安装问题。透镜的安装的难点是物镜的直径刚好约等于细PVC管的外直径，目镜的直径小于粗PVC 管的直径。对于直径小于的情况，安装透镜的一个方法可以是加透镜固定片，透镜固定片的直径刚好为PVC管的内直径。其次，可调节观察的问题。可调节观察是用粗PVC管套着细PVC管，通过移动PVC管来调节。

2.3实验原理的解析

邬老师经过一上午的时间让我们去查找资料后，将于下午时间答疑，解答同学们早上经过查找文献之后产生的问题。问题很多，但邬老师不可能一一解答，所以邬老师选择了最普遍的问题来解答，或许解决了这个问题就同学们经过思考之后就解决了所有问题。我们的普

+”的含义是什么，怎样实现“满视遍问题是“望远镜可调节观察，观察距离为1m→∞

场”。

当观察距离为无穷大大时，当然不可能是数学上的无穷大，而是物理上的无穷大，物镜

的入射光线为平行线。此时物镜和目镜的距离为两透镜之间的焦距之和，且为最短，即mm mm mm f f L 2702254521min =+=+=。

当观察距离为1m 时，入射光线从1m 处入射，在两透镜上发生折射。由f 111

=+ν

μ或f

s s 111='+可得物镜到像方焦点的距离为mm mm

mm mm mm f s s f 323.29022510001000225s 22≈-⨯=-='。所以此时的物镜和目镜之间的距离为最长，即mm mm mm f s L mzx 33545323.2901≈+=+'=。

邬老师就讲了上面的两个问题，当然他也有提到满视场的问题，不过大部分人已经被前面的惊喜被震惊了，没有顾到满视场的问题。

2.4望远镜的粗设计

2.4.1可调节观察问题

我们对邬老师的原理讲解进行深入的阐发。由mm L 335max =可以得出设定的物镜和目镜之间的最长距离需要为335mm ，由mm L 270min =可得设定的物镜和目镜之间的最短距离为270mm 。又由于mm mm mm L L 65270335min max =-=-可得我们设定的可移动距离为65mm ，这个对我们设计望远镜是非常有用的。我们只要把可移动距离给固定好，然后再把物镜（目镜）的位置固定好，从而可以确定目镜（物镜的长度）。所以我们把可移动距离为第一步。定好可移动距离之后，把粗PVC 管做成一个圈把可移动距离固定住，做出卡距离的感觉。

2.4.2满视场问题

满视场的问题我们在设计前是不知道的，在制作差不多完成之后我们对这个问题有了深入的理解。因为当我们差不多制作成望远镜时，我们用制作的望远镜观察时，发现人眼到目镜的距离有一个特殊的点，这个特殊的点在观察到的像是满的。这个特殊点的发现是这样的，当我们从远处离目镜越来越近的时候，目镜上的光斑是由能观察到光斑再到光斑是满的，当越来越近时光斑就慢慢变小，眼睛抵住目镜时发现光斑最小。所以我们设计时是准备差不多做完之后再确定这个点的，加上一个管子的长度即可。

2.4.3镜筒的放置问题

我们原想根据图1中的镜筒进行摆放，但是这种摆放有一个难点，那就是粗PVC 管与细PVC 管不是恰好契合，需要在细PVC 管上加点东西才能很好的契合，然而这有些麻烦。我们根据我们原来用PVC 管插入转接管的形态，我们想，要是“能够让细PVC 管在转接管内自由活动就好了”。其实这也不难，只要我们磨一下就好了。所以我们就确定使用这种方法。

2.4.4透镜的放置问题

透镜的放置问题涉及到两个问题。一是用粗PVC 管作为目镜还是物镜，细PVC 管呢。二是透镜怎么放。经过对这两个问题的分析，我们把两透镜的直径，厚度给测量出来了（详