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Γ表示，其定义为

/tan tan w w

Γ= （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/

/

A B (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//

//

A B (其长度为3y )。虚像//

//

A B 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e F 之间的距离δ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 /y D y y w w y D y y Γ=== （2）

式中，

322e e

y D D y u f =≈=Γ，为目镜的视觉放大率；21011o y v y u f δβ=≈=（因1v 比o f 大得多），为物镜的线

放大率。因而式（2）可改写成

0••e e o

D f f δ

βΓ=

=Γ （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o f 、e f 、δ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o F '

上，成一缩小倒立的实像P Q '

'

，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o F '

恰好与目镜的焦平面e F 重合在一起时，

会在无限远处呈一放大的

D

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P Q ''

''

。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

o e

f M f '

'==-

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( 0o f '

>，0e f '

>)放大率M 为负值， 系统成倒立的像； 而对伽利略望远镜(0o f '

>，0e f '

<)，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o L ，目镜e L ，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o L ，目镜e L ，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o L 与目镜e L 的距离；在e L 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o L 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10

b a

⨯Γ=

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d 1、d 2，测出标尺至物镜的物距S

求出1

2

d M d =

，0

s

M M

s f '=+ 4、读出物镜和目镜的焦距，求出计算放大率o e

f M f '

'''=-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；

3'S

2y