实验二自组望远镜
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实验二 自组望远镜
一、实验目的
(1)了解望远镜的工作原理和用途。
(2)掌握构建望远镜的光路和元件。
(3)测试望远镜的视放大率。
二、原理概述
望远镜也是由物镜和目镜组成,是用来把远处物体的观察视角放大的仪器(望远镜所成像对人眼的视角大于物体本身对人眼的视角),由于物体位于距物镜很远的地方,故望远镜只能起到把物体拉近的作用,也就是它的线放大倍数通常小于一,而视角放大倍数是大于一的。
如(图2-1)所示,物镜把远处物体成像在像方焦点附近(外侧),为一缩小的倒立实像。
目镜进一步把此实像放大为虚像,以提高其观察视角。
由前述可知,物镜的像方焦点和目镜的物方焦点是大致重合的。
当用在观测无限远物体时,物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合,光学间隔Δ=0。
当用在观测有限距离的物体时,物镜和目镜的光学间隔是一个不为零的小量。
一般研究,可认为望远镜是由光学间隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。
不难证明(参阅《物理光学与应用光学》
相关内容 P379-384)望远镜的视角放大率 ''tan 'tan 2
'1D D f f -=-==ωωΓ (2-1) 式中1'f 是物镜像方焦距,2'f 是目镜像方
焦距,D 为入瞳直径(也是物镜孔径),'D 为
出瞳直径。
当物镜和目镜都为正焦距(0,0'
2'1>>f f )的光学系统时,如开普勒(Kepler)望远镜,则放大率Γ为负值,系统成倒立的像;当物镜的焦距为正(0'1>f ),目镜的焦距为负(0'2<f )时,如伽里略(Galileo)望远镜,则放大率Γ为正值,系统成正立的像;
图2-1 望远镜光路图
望远镜的视角放大率与仪器的精度(极限分辨角)、目镜的结构型式(正、负透镜)、望远镜的视场角、仪器的尺寸等因素有关。
可证明(参阅《物理光学与应用光学》相关内容)望远镜的最小视放大率为
D D D 5.03
.2)140(60""≈≈=Γ (2-2) 此式求出的袖放大率称为正常放大率。
若考虑望远镜观测时不易疲劳,设计望远镜时宜用大于正常放大率,即工作放大率作为望远镜的视放大率(工作放大率常为正常放大率的1.5-2倍)。
由(2-1)式看出望远镜的物方视场ω2与望远镜的视角放大倍数成反比。
当目镜的类型确定后,它所对应的像方视角'
ω就一定,要求增大视放大率Γ必然要引起视场角ω的减小。
因此,视放大率总是与望远镜的视场角一起考虑的。
例如军用望远镜,为了易于找到目标,希望有尽可能大的视场角,望远镜的视放大率就不宜过大。
三、实验仪器及注意事项
标尺 一个 光源二维架 (SZ -19) 一个 物镜o L (f=225mm) 一个 目镜e L (f=45mm) 一个 三维平移底座 一个 二维架(sz-07) 一个 二维平移底座(SZ -02) 一个
注意事项:
(1)所有光学镜片,不能用手摸,不能对着哈气。
用后放入干燥箱内。
如果发现有不清洁
现象,应交教师处理。
(2)构建光路时,可用细激光束作光轴。
(3)构建光路的所有镜子和光学元件的中心,必需事先和光轴放在统一高度上。
四、实验内容
(1)按(图2-1)组成开普勒望远镜,两镜之间距离约为1'f +2f 。
(2)在距物镜约3m远处放上一标尺,并用灯照明。
再对标尺调焦(即微调目镜沿光轴的位
置)直到看清标尺为止。
然后,对准两个红色指标间的“E”字(距离d=5cm),这就是物体尺寸。
(3)一只眼睛通过望远镜盯着物体,再用另一只眼睛直接注视标尺,经适应性练习,在视
觉系统获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像,再测出放大的红色指标内直观标尺的长度d,则望远镜的测量放大率为
Г实测=cm
d 5 (2-3) (4)用(2-1)计算理论放大率Г
理论 并作比较。
由于标尺所放的距离较近,故望远镜放大率的理论值可做如下修正
Г实测=o f S S
+Γ (2-4)
式中S 式物体到物镜的距离。
五、思考问题
(1)望远镜为什么不能将物体的尺寸放大?
(2)望远镜的物镜对像差的要求为什么没有显微镜高,也没有照相机高?
(3)为什么望远镜的焦距要做得较长,相应的口径也要做大?
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