光学仪器设计

移动像屏得到一个清晰的倒立实像
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


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 1611年发明望 远镜
1、开普勒望远镜原理
fo
fe
Fo’ Fe
Fe’
Fo
Lo

Le
f5
1 2 3 4 5
f实
E f f实 f实 100%
表3 实像法测望远镜视角放大率（单位：mm） fo =
测量次数 1 2 3 4 5
fe =
物的大小 y 像的大小 y” Mi = y / y”
fo 望远镜角放大率理论值: M 0 fe
百分误差:
M M0 E 100% M0
M1 M 2 M 5
M5
表4 显微镜视角放大率测量数据
f0= 1.6cm fe= 2.5cm 光学筒长 l = cm
微尺像在直尺上的格数×1mm Mi
测量 微尺格数×0.01（或×0.05）mm 次数 1 2 3 4
5
l 25cm ) 望远镜角放大率理论值: M ( fo fe
百分误差:
Fo y
靠近焦点
Le
Lo Fo’
y
Fe
fo fe
f o , f e 25cm
l ：光学镜筒长
l 25cm M ( ) fo fe
2、显微镜的设计要点
注意共轴调节

显微镜 fo< fe
目镜和物镜之间的距离 l 比 fo 、 fe大得多。 物体位于物镜物方焦点前附近。 物体经物镜后，在目镜的物方焦面内侧成一个 倒立放大的实像。再经大焦距的目镜后在大于 明视距离外成一放大的虚像供眼睛观察。
光学元件的共轴调节
粗调源自文库将光源、物体、透镜靠拢，调节它们的取 向和高低左右位臵，凭眼睛观察，使它们 的中心处在同一直线上 细调：利用共轭原理调整。
物屏 像屏
f
小像
大像
细调：

固定物屏和像屏的位臵，使 D > 4 f


在物屏与像屏间移动凸透镜，可得一大一小两次成像。
若两像中心重合，即表示已共轴；若不重合，可先在小像


微尺像在直尺上的示数 M 微尺的大小
四、实验数据记录
表1 高斯公式法测量透镜焦距 测量 次数 (单位：mm)
u
v
fi
1 2 3 4 5
f1 f 2 f 5
f5
f实
E f f实 f实 100%
表2 共轭法测量透镜焦距
测量 次数
(单位：mm)
d
D
fi
f1 f 2 f 5
M M0 E 100% M0
M1 M 2 M 5
M5
注意事项
1、注意调节光学元件为同轴等高系统。 2、共轭法测凸透镜焦距时，间距D不要取得太大，否则将使 一个象缩得很小，以致难以确定凸透镜在哪一个位臵上时 成象最清晰。 3、清晰像的判断：边界清晰、不变形、亮度高。 4、轻拿轻放，勿使仪器或光学元件受到冲击或震动，特别 要防止摔落。 5、切忌用手接触元件的光学表面。 6、光学表面上若有轻微污痕或指印，用清洁的镜头纸轻轻 拂去，但不要加压擦拭，严禁用普通纸片、衣服等擦拭。
注意共轴调节
物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合。 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）

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）
3、望远镜角放大率的测量方法
实像法
fo y M fe y
A
B A
B
f
F
2、共轭法（二次成像法或位移法）
物屏
A B
D d f 4D
2
2
像屏 B( B)
f
A
d
D
• 物像间距离 D > 4f
A
• 固定物与像屏位置不变，移动凸透镜，将在屏上出 现两次成像（一个放大，另一个缩小）
3、高斯公式法（物距像距法）
A B
f
B
A
u
v
1 1 1 f u v
实验仪器
光具座，凸透镜3个（作望远镜用），物屏1 个、光屏1个，光源1套，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
一、凸透镜焦距的测量方法
1、自准直法（平面镜法）
物距 = 焦距
物体任一点发出 的光经透镜折射后成 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。
3、显微镜的调节和角放大率的测量
注意共轴调节
物像共面法

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 调节目镜，使测微尺的像通过显微镜清晰地观察到

显微测微尺

选一个直尺如图中的有机玻璃直尺，将其臵于 距目镜25cm处（明视距离）
调节显微镜的目镜，使测微尺的像落在直尺上 且没有视差， 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
物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合。 物镜将无限远的物成实像于焦平面， 目镜将物镜所成的实像放大到无穷远。
放大率计算公式
fo
fe
Fo’ Fe Fe’

Fo
y
Le
Lo
y fe fo tan M tan y fo fe
2、开普勒望远镜的设计要点

fo > fe
y
Fo’
Fe
y” y’
注意共轴调节
3、望远镜角放大率的测量方法
• 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y”，用游标卡尺测量像高。
• 计算望远镜的角放大率。
三、显微镜的组装
1、显微镜原理
y
中心作一记号，调节透镜高度，使大像的中心趋向小像中心 （大像追小像）。如此反复调节透镜高度，直至大像的中心 和小像中心完全重合。

多透镜系统，在物与单个凸
透镜共轴后依次增加待调透镜，
调节新增透镜的高低左右使物
的像仍在原处（在轴上）即可。
注意！
• 严禁用手接触光学表面。
• 严禁用普通纸片、衣服等擦拭光学表面。 • 轻拿轻放，特别防止摔落光学元件。
实验题目：简易光学仪器设计
实验性质：设计性实验
实验目的
• • • 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。 应用提供的透镜、光具座及基本的测试工具， 设计并组装望远镜或显微镜。