薄透镜焦距测量及自组显微镜、望远镜
【学习重点】
1.了解和掌握透镜焦距的简单测量方法
2.掌握显微镜和望远镜的基本结构、工作原理及其调节和使用方法【仪器用具】
1.5米光具座、透镜夹持架、凸透镜三个、半透半反镜、平面镜、分化板、钨灯光源
【预习重点】
1.自准法测量透镜的原理
2.位移法测量透镜焦距的原理
3.显微镜和望远镜的工作原理
4.显微镜和望远镜放大倍数的定义及测量中如何运用的
【背景知识】
1.自准法：自准法是自准直技术的简称，它在平行光管和测量望远镜
的调整、测量球面和非球面的面型以
及测量透镜或光学系统的焦距等方面
有着广泛应用，是几何光学实验中经
常采样用的一种实验技术。无限远的
物经透镜成象，象处在透镜的焦平面
上。准直技术在光学实验中通常是指
产生平行光束或获得处于无限远的
物的方法。自准法测量透镜焦距就是首先利用待测透镜自身产生
一个位于无限远的物，再用待测透镜对它成象，通过测量象与透镜之间的距离来确定透镜的焦距。自准直法测量透镜焦距的原理
如图1所示。当物y位于透镜的焦平面上时，经透镜L和平面反射镜所组成的光学系统后，如果在焦平面上成一与物等大的到立实象，物到透镜中心的距离就是透镜的焦距。
2.位移法又称贝塞尔法或二次成象法。测量原理如图2所示。首先
从理论上可知，只要
A 4f',上述公式都成立，在实验之前思考一下，在实验中这个条件还成
立吗？如果不成立，原因是什么？
3.显微镜是一种助视光学仪器。显微镜是用来观察和测量有限远微小目标
的工具，光学显微镜根据具体用途可分为许多种类，在实验中经常遇到的是生物显微镜、体视显微镜、工具显微镜、偏光
显微镜和读数显微镜等。生物显微镜的视放大率较大，在物理实
验中它主要是作为观察工具，用来观察一些微小结构特征；生物
显微镜的有两个特点，通过它观察到的是样品的倒像，它有一个物镜转换装置用来快速更换不同放大倍率目镜。体视显微镜由两个视放大率相同，具有倒像系统的显微镜的组成，两个镜筒可以按使用者的视角，将被观察样品分别成像与左右两眼，使样品表面的凹凸结构非常清晰，所观察到的是样品的正像，同时它的物镜工作距离较大，在借助它在观察样品的同时，也可以对样品进行所需的操作。工具显微镜是几何尺寸测量常用的一种仪器，借助精密导轨和转盘使显微镜或样品可以按照直角坐标系或极坐标
种几何形状的精密测量。偏光显微镜是利用偏振光的干涉原理来检验晶
体各向异性，在物理和光学实验中它经常被用来检验偏振器件，它也是地
矿部门不可缺少的一种仪器。读数显微镜是物理实验最常用的一种显微
镜，它主要用来进行长度测量，测量范围在几十到几百毫米，测量精度一
般在0.01毫米。光学显微镜从功能上来看显微镜更像个放大镜，但比放
大镜具有更大的视放大率。被观察的物y i处在物镜前面一倍焦距和二倍焦距之间，它经物镜
在目镜的焦平面上成一放大的倒立实象y2，通过目镜后成一倒立
的虚象y3于无限远处
显微镜的视角放大率为：250
f o' f e
由上式可知，显微镜的视角放大率等于它的物镜的垂轴放大率和目镜
的视角放大率的乘积。
图4观察有限远物体时的望远镜光路
4.望远镜也是一种助视仪器，用来帮助人们观察远处物体，当位于远处物
体的细节对眼睛的视角小于人眼的分辨极限时，人们必须借助此仪器才能分辨它。望远镜有两种基本类型：开普勒望远镜和伽利略望远镜。开普勒望远镜的目镜和物镜均为正透镜。伽利略望远镜目镜是负透镜（凹透镜），而物镜是正透镜。伽利略望远镜与开普勒望远镜相比，在相同的视角放大率时，不但体积小而且重量轻。但它也有一致命的缺点，由于目镜到物镜的距离小于物镜的焦距，所以在物镜与目镜的共焦面上的象是虚像。因此，伽利略望远镜中不能安置用于测量的分化板，使它的用途受到勒极大的限制。目前伽利略望远镜主要用于民用和激光扩束。
而开普勒望远镜可以安置分化板，目前它在计量仪器和军用光学仪器
中得到了广泛的应用
在许多情况下，用望远镜所观察的物体并非处于无线远，这时通过改变物镜和目镜之间的距离进行调焦，使物体通过物镜所成的实像位于目镜的物方焦平面以内，再经目镜在明视距离外成一虚像。其光路如图4所示。望远镜在观察有限远物体时的视角放大率为
5. 自组显微镜和望远镜并测量其视角放大率
选择合适的透镜作显微镜的物镜和目镜（实验中如何调整使
光学系统共轴？）。固定两透镜之间的距离为180mm 为估测显微 镜的放大率，在目镜后面放置一个与光轴成 45°的半透半反镜，并 在与光轴垂直方向上相距 25cm 处放置分化板 分化板S 、S 2
是完全相同的，此时，眼睛可以同时看到 S 经过显微镜放大的像 和S2未放大的像。稍许调节S 的位置，使两个像之间无相对视差
（如有视差，将如何解决？），从对应的刻线距离测量显微镜的视 角
放大率。
图 5 估测显微镜放大倍数
选择焦距合适的两块透镜做望远镜的物镜和目镜。使作为物 的分化
板和望远镜目镜之间的距离在导轨上尽量达到最大，通过 移动目镜使望远镜对分化板能清楚的成像。这时，用一只眼睛通 过望远镜看分化板，另一只眼睛直接看分化板，并使二者在视感 中重叠，从对应的刻线间距估测望远镜的放大率。同时测量 S 1、
S 、S 3,根据上式计算出望远镜的放大率。并对两个结果进行比较。
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（注：显微镜和望远镜的调焦方式有何不同？为什么？）
（学习的目的是增长知识，提高能力，相信一分耕耘一分收获，努力就一定可以获得应有的回报）
