奥赛讲座(光学)

《奥赛讲座(光学)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、（四）光学题目28自组望远镜和显微镜模型，测放大率。一.望远镜常用的望远镜分为伽利略望远镜和开普勒望远镜两种。前者的物镜是会聚透镜，目镜是发散透镜；而后者的物镜和目镜均是会聚透镜。本实验讨论开普勒望远镜。望远镜是用来观测远距离目标的目视光学仪器，通常是由两个共轴光学系统组成，我们把它简化为两个会聚透镜。其中，焦距较长的透镜为物镜。由于被观测物体离物镜的距离远大于物镜的焦距（u＞2f0），通过物镜的作用后，将在物镜的后焦面附近形成一个倒立的缩小实像。此实像虽较原物体小，但与原物体相比，却大大地接近了眼睛，因而增大

2、了视角。然后通过目镜将它再放大。由目镜所成的像可在明视距离到无限远之间的任何位置上。如图28-1，其中向着物方向的L1称为物镜，接近人眼的L2称为目镜，物镜的作用是将无穷远物体发出的光会聚后在它的像方焦面上生成一倒立实像，然后经目镜把实像放大，因此实像同时位于目镜的物方焦面处（注：图中实像位于前焦点以内），用望远镜观察不同位置的物体时，只须调节物镜和目镜的相对位置，使中间实像落在目镜物方焦面上，这就是望远镜的“调焦”，F1′F2′f2图28-1望远镜成像L1f2′LL2Y″Y′ωω′f1一般测量望远镜除物镜和目

3、镜可在镜筒中作相对移动外，在目镜物方焦面上还附有叉丝或标尺分划板，如图28-2所示。因此在使用望远镜时，首先应调节目镜，直到能清晰地看到叉丝为止，然后调节目镜和叉丝整体检即目镜筒）与物镜之间的距离即对被观察物调焦。图28-2望远镜的结构示意图90对于望远镜来说，除了满足以上物像位置的要求外，它的视角放大率必须大于1。对于目视光学仪器的视角放大率，定义为通过仪器观察时，物体的像对人眼的张角ω′的正切与在适当条件下，直接用眼睛观察时物体的像对眼睛的张角ω的正切之比：（28-1）对物镜而言，根据无穷远像高的计算公式有

4、对目镜的公式有将以上两式代入式（28-1），并考虑到Y物′=Y目′的关系，则有（28-2）公式中的负号表示为倒像，若要使M的绝对值大于1，一般应有由于光的衍射效应，制造望远镜时，还必须满足：（28-3）式中D为物镜的孔径，d为目镜的孔径，否则视角虽放大，但不能分辩物体的细节。二．显微镜显微镜是用来观察近距离微小目标的目视光学仪器，它也是由物镜和目镜两个共轴光学系统组成，其光路如图28-3所示，物体Y首先经过物镜在目镜的物方焦平面上生成一个倒立的放大实像Y′，再经过目镜放大成正立像于无穷远处。YY′Y″筒长Lf1

5、f2ΔL2F1′ω′F2′L1图28-3显微镜成像设物镜和目镜之间的光学间隔为Δ，物镜的焦距为f1，目镜的焦距为f2，根据（28-1）式，被观察物体直接对人眼的视角的正切为90其中25cm为明视距离，被观察物体通过显微镜对人眼的张角的正切为对于物镜的垂直放大率：所以将tgω′和tgω代入（28-1）式得（28-4）由上式可得，显微镜的视角放大率为物镜垂直放大率和目镜视角放大率的乘积，一般都将它们标注在物镜和目镜的镜筒上。如果目镜和物镜的光学间距不变，则显微镜的放大率就是确定了的，经调焦后显微镜的筒长应为通常，各

6、国生产的通用显微镜都采用标准筒长（L=16cm），筒长固定，实际上显微镜的调焦是调节被测物与物镜的距离（也叫工作距离），以满足上述两次成像的要求。[仪器介绍]1．光具座导轨：用来放置光学元件座，正側面附有mm分度的米尺，用以指示光学元件的位置，本仪器各元件的位置坐标只可读到毫米位。2.光凳：用于夹持光学元件的支座.在底部的正側面(或背面)开有读数窗,窗口有一指针或红色指示线.上部有一固定光学元件夹持杆的锁紧螺钉。有的光凳側面有横向移动的调接螺旋，用以微调光学元件的横向位置。3.透镜：透镜盒内装有几片凸透镜和凹透

7、镜,其中大而较薄者，已标出焦距f=20cm，用于组装望远镜时构成无穷远出物体使用。此外，该实验还配有光源,箭孔屏(测焦距时作物体)，像屏(黑白屏)，平面镜，透明标尺(组装望远镜,显微镜时作物体)等。[实验内容与步骤]在进行焦距的测定和组装望远镜和显微镜的实验过程中，有两点操作必须注意：(1)光学元件的同轴等高调节同轴等高调节是指各光学元件的光心均位于同一光轴上，且与光具座平行。透镜成像公式只是在近轴条件下成立，利用成像公式进行实验，应满足近轴条件，因此，为获得准确测量结果，必须进行同轴等高的调节。90调节的方法

8、是：先粗调，用眼睛判断，上下左右观察，调节各元件光心同轴，物屏面，像屏面于光具座垂直，然后，以透镜成像规律为依据，利用共轭原理仔细调节。图28-4共轭法测透镜焦距（a）按图28-4放置物屏、透镜和像屏，使L＞4f（f为透镜的焦距），然后固定物屏和像屏。（b）当移动透镜到O1和O2处时，屏上分别得到放大和缩小的像。如果物点A处在主光轴上，则它的两次成像时相应的像点A¢和A¢¢位置应在象屏