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.表示，其定义为
..tan w/
（1）
tan w
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
u
v
1
u
1
2
A
.
''B o' B
1B y '
yoF
o' FF
A L '
''
A
3y
eF
'
e2 w
D
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Lo为物镜（焦点在 Fo和Fo/ ）,其焦距为 fo；Le为目镜，其焦距为 fe。将长度为 y1的被观测物 AB//
放在Lo的焦距外且接近焦点Fo处，物体通过物镜成一放大的倒立实像 AB(其长度为 y2)。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 AB(其长度为 y3)。虚像 AB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Fe之间的距离.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
yD y
tan w// y
..
tan w
.
3/
.
y
3.
y
2 （2）
yD
1 21
y3 DD y2 v1 .
式中，
y
.
u
.
f
..e，为目镜的视觉放大率；
y
.
u
.
f
..0 （因v1比 fo大得多），为物镜的线
22 e 11 o
放大率。因而式（2）可改写成
..
Dfe
.
.
fo
..0. .e （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 fo、 fe、.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 Fo上，成一缩小倒立的实像 PQ，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 Fo
.恰好与目镜的焦平面Fe重合在一起时，会在无限远处呈一放大的
..
..
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PQ 。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
fo
.
M....fe
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( fo
..0 ，fe
..0 )
放大率M为负值， 系统成倒立的像； 而对伽利略望远镜( fo
..0 ， fe
..0 )，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M1 ，物镜Lo，目镜Le，45°玻璃架，毫米尺 M2 ，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 Lo，目镜Le，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
S
S'
S
25cm'
y
y
1Lo
2
Le
P
L
y
3
根据理论计算确定物镜Lo与目镜Le的距离；在Le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M2 。
3、微调微尺 M1 的位置调整微尺M1 离物镜Lo的距离，使它经显微镜系统成的像 y3与毫米尺M2 经45°玻
璃板反射的像S.重合。要求反复调整，直到微尺 M1 的放大像 y3与毫米尺M2 反射像S.之间没有视差为止。
4、仔细观察微尺 M1 的放大像和毫米尺M2 的反射像，同时微调毫米尺 M2 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 M1 放大像 y3的格数b所对应的毫米尺M2 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 ..b.10
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
a
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d1、d2，测出标尺至物镜的物距 S
..
s
求出M.d1 d2
，M M
sf0
.
4、读出物镜和目镜的焦距，求出计算放大率 M..
.
.ffoe
.
.
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；
测量时动作要轻、缓，尽量使身体部位离开实验台面，以防震动；所用的光学元件比较精密，不能触摸光
学元件光学表面。
2、所有光学元件固定在光学支架上时，光学元件位置要放正，固定螺丝不要旋得过紧，以防镜片受压变形
和损坏。实验完毕，应将所有光学元件取下，按顺序放回光学附件盒中。
3、读数时应注意仪器的位置，即读出的数据是否需要修正。
7、实验完成后，不可调动仪器，要等老师检查完数据并认可后才能关掉光源和电源。同时应把各光学元件
按顺序摆放好，养成良好的实验习惯。
六、实验思考题（必做）
1、计算放大率和测量放大率是否相同，为什么。
2、显微镜有几种类型？
..
s
3、证明M M
sf0
.
显微镜和放大镜设计
1.显微镜的设计
设计放大倍率：目镜焦距：物镜焦距：镜筒长度：
2显微镜放大率的测量
目镜位置：物镜位置：
测量次数 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
待测物体长度
像长
显微镜放大率
3.放大镜的设计
设计放大倍率：目镜焦距：物镜焦距：
4放大镜放大率的测量
目镜焦距：物镜焦距：标尺至物镜的物距 S：
测量
次数 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
待测物体长度
像长
放大镜测量放大率
班级：__________________姓名：__________________实验日期： __________________