毕业论文自组光学望远镜并测量其放大率

自组加双波罗棱镜的正像望远镜实验数据自组加双波罗棱镜的正像望远镜实验数据引言：自组加双波罗棱镜的正像望远镜是一种基于光学原理的光学仪器，通过反射和折射的作用，将远处物体的图像放大并投影到观察者的眼睛中。

本文将详细介绍自组加双波罗棱镜的正像望远镜实验数据，包括实验装置、实验步骤、实验过程中所观察到的现象和结果等。

一、实验装置：1. 自组加双波罗棱镜：由两个三角形棱镜构成，其中一个为透明介质（例如玻璃），另一个为反射介质（例如银膜）。

2. 光源：可以使用一束平行光源或者点光源。

3. 物体：选择一个具有明显特征的物体，例如一个标志牌或者一本书。

4. 屏幕：用于接收并放大物体图像的屏幕。

5. 测量工具：例如尺子、角度量具等，用于测量各个部分的尺寸和角度。

二、实验步骤：1. 搭建实验装置：将自组加双波罗棱镜放置在光源和物体之间，确保光线能够通过棱镜并照射到物体上。

2. 调整光源位置：根据实际情况，调整光源的位置和角度，使得光线能够尽可能地垂直照射到物体上。

3. 观察物体图像：将屏幕放置在自组加双波罗棱镜的一侧，观察屏幕上的物体图像。

可以适当调整屏幕的位置和角度，以获得清晰的图像。

4. 记录实验数据：记录实验过程中所观察到的现象和结果。

包括物体与屏幕之间的距离、自组加双波罗棱镜的尺寸和角度、物体图像的大小等。

三、实验过程中所观察到的现象和结果：1. 物体图像的放大：通过自组加双波罗棱镜，远处物体的图像被放大并投影到屏幕上。

可以通过测量物体图像与实际物体之间的比例关系，计算出放大倍率。

2. 图像颠倒：由于自组加双波罗棱镜的特殊结构，物体图像在经过反射和折射后会发生颠倒。

这是由于光线在不同介质中传播速度不同所导致的。

3. 畸变现象：在实验过程中，可能会观察到物体图像出现畸变的现象。

这是由于自组加双波罗棱镜的设计和制造过程中存在的不完美所导致的。

4. 光线偏折：自组加双波罗棱镜能够将光线进行适当的偏折，使得物体图像能够投影到观察者的眼睛中。

自制望远镜的实验总结[论文关键词]：显微镜;望远镜;折射;反射;物镜;目镜;实像;虛象[论文摘要] :综合分析了望远镜的功能结构和成像原理。

指出常见的望远镜可简单分为伽利略、开普勒、和牛顿式望远镜。

并以开普勒望远镜为例}绍简易望远镜的制作方法。

我们在观察细小物体时，总是习惯上把物体移得离眼睛近一些，这样可以增大视角。

但是这种方法是有一定限度的。

当物体移到近点以后，就不能再用这种方法来增大视角了。

另外，在观察比较远的物体时(例如宇宙天体)，由于它们到人眼的距离是无法缩短的，因而上述方法就不能再适用了。

人类要想观察到很小或很远的物体时，为了增大视角，就需要使用显微镜和望远镜来扩大人眼的视觉范围。

它们的光学系统十分相似，都是由物镜和目镜两部分组成。

文章只讨论望远镜的有关内容。

一、望远镜的作用.望远镜是一种观察远处物体通常呈筒状的光学仪器,利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜放大成像的光学仪器。

就实质来说，望远镜只不过是扩大人眼的视角范围。

最初它最大的用处是观察天体，人类借助望远镜几乎考察遍了太阳系所有的行星，并投向更遥远的太空。

望远镜延长了人眼的视线，实现了人类千里眼的梦想。

如今，望远镜的使用越来越普遍，野外观察、剧场观看潜望镜、瞄准镜等也都采用了望远镜的原理。

二、望远镜的结构简易天文望远镜由物镜、物镜镜筒、目镜、目镜镜筒等组成。

最简单的望远镜由两片镜片组成，物镜为凸透镜或凹镜，目镜可以是凸透镜，也可以是凹透镜。

中央比边缘薄的是凹透镜，用来纠正近视;中央比边缘厚的是凸透镜，用来纠正远视。

常见望远镜可简单分为伽利略，开普勒，和牛顿式望远镜。

伽利略发明的望远镜在人类认识自然的历史中占有重要地位。

它由一个凹透镜(目镜)和一-个凸透镜(物镜)构成。

其优点是结构简单，能直接成正像。

一般为民用或儿童玩具用放大倍数通常为3~ 12倍。

开普勒望远镜由两个凸透镜构成。

由于两者之间有一个实像，可方便的安装分划板，并且各种性能优良，所以目前军用小型天文等专业级的望远镜都采用此种结构。

光学实验实验名称：显微镜的组装及放大率的测定实验人员及其具体分工：马凯凯、王杰：实验设计黄立顺、白江伟：实验操作段海瑞、朱江龙：实验数据处理及实验报告系别：物理与电子科学系班级：2010级物理学本科班指导老师：包剑惠完成时间：2012年5月22日显微镜的组装及放大率的测定一、实验目的1、在光学平台上组装简单的显微镜，熟悉其构造及其放大原理。

2、学会显微镜放大倍数的测量。

二、实验仪器及用具光学平台 两个凸透镜 光源 箭孔屏 平面镜 毫米标尺 二维平移底座 半透半反镜 毛玻璃三、实验原理显微镜是一个由目镜和物镜组成的共轴光学系统，它通常是由四片以上透镜组成的系统，可以简化成两个凸透镜组成的放大光路。

被观察的物体放在物镜0l 的物方焦点0f 的外侧附近，先经0l 成放大实像与目镜物方焦点e f 内测附近，再经目镜e l 成放大虚像与明视距离以外。

被观察的物1y处在物镜前面靠近焦点0f 处，它经物镜在目镜的焦平面上成一放大的倒立实象2y ，通过目镜后成一倒立的虚象3y 于明视距离以外。

显微镜的视角放大率为：0''0eM f f s -∆⋅=⋅s = -25cm 为正常人眼的明视距离，△为光学间隔'f —物镜焦距，'ef —目镜焦距当物镜和目镜的焦距已知后，只要测出光学间隔△，就能计算视角放大率M .四、实验内容 一、自组显微镜的装置1、自组显微镜放大率的测定测定显微镜放大率最简便的方法如下图所示，设长为0l 的目的物PQ 直接置于观察者的明视距离处，其视角为e α，从显微镜中最后看到的虚像P’’Q’’亦在明视距离处，设其长度为-l ，视角为-0α ，于是00tan tan ElM lαα==因此，如用一刻度尺作目的物，取其一段分度长为0l ，把观察到的尺的像投影到尺面上，设备投影后像在刻度尺上的长度是l ，则可以求得显微镜的放大率。

将测得的显微镜的视角放大率与理论值0''0eM f f s -∆⋅=⋅ 比较1、用自准直法测量透镜的焦距2、自组显微镜放大率的测定（1）按照实验装置图布置各器件，按显微镜组成要求调节物镜、目镜的位置，并调仪器共轴。

测量薄透镜焦距及自组显微镜与望远镜一、实验目的1.掌握透镜焦距的简单测量方法；2.较为准确地得到待测凸透镜的焦距；3.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。

二、实验原理（一）、自准直法测量凸透镜的焦距。

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像，通过测量像与透镜之间的距离来确定透镜的焦距。

当物像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，当在焦平面上成一与物等大的倒立实像时，物到透镜中心的距离就是透镜的焦距，此时有公式：f=x L−x y（1）（二）、二次成像法：图2.二次成像法光路图二次成像法光路图如图所示。

首先选定物象间的距离A，并且保证在此间距内，透镜能够在光屏上有两次清晰的成像。

透镜的两个成像位置之间的距离为d 。

S1、S1′分别为成放大像时的物和像的位置，S2、S2′分别为成缩小像时的物和像的位置。

则有：S1−S2=d, S1′−S2′=d, S1′−S1=A, S2′−S2=A（2）透镜成像公式为：1 S′−1S=1f′（3）可得：d=√A(f′−4A) （4）可得：f′=A2−d24A（5）（三）、自组显微镜：通常所提到的显微镜和望远镜的放大倍数是指视角放大率，其中视角ω为：tanω=yl（6）视角放大率为：Γ=tanωitanωe（7）其中：tanωe=y1250tanωe=tanω′=y2f e（8）则有：Γ=y2250y1f e（9）又因为：y2 y1=−Δf0（10）Γ=−Δ250f0f e（11）其中：Δ=M−f0−f e（12）（四）、自组望远镜：望远镜的视角放大率为：Γ=tanωitanωe =tanω′tanω=−f0′f e′（13）此次实验过程中，所组装的望远镜所观察的物体为有限远。

这时需要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里，再经过目镜在明视距离外成一虚像。

XX学院课程设计说明书课程名称____________ 工程光学_________ 题目自组显微镜并测其放大率学院（系）电气工程系年级专业_________________________学号____________________________ 学生姓名指导教师教师职称课程名称： ________________ 工程光学 _________________________ 基层教学单位：检测教研室指导教师:目录第1章显微镜原理与应用 (1)1.1显微镜原理 (1)1. 2显微镜应用 (2)第2章实验设计及介绍 (3)2.1 显微镜的组装 (4)2.2 显微镜放大率的测定 (5)第3章数据处理与误差分析 (7)3.1数据处理 (7)3.2误差分析 (8)参考文献 (10)评审意见 (11)第1章显微镜原理与应用1.1显微镜原理显微镜常用于观测微小物体，其作用都是把人体的眼睛的张角（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，人眼一般能分辨在明视距离处相距 0.05-0.07mm 的两点，此时人眼的张角为1'，为最小分辨角。

当微小物体的对人眼的张角小于这个角时，人眼只能借助光学仪器才可以看清楚。

光学仪器的放大能力可用视觉放大率r十；：，.；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 视距离最简单的显微镜是由两个凸透镜构成的 距较长。

它的光路如图所示，图中的L 。

为物镜（焦点在F 。

和F o /），其焦距为f o ；L e 为目镜，其焦距为f e 。

将长度为y i 的被观测物AB 放在的焦距L o 外且接近焦点处，物体通过物镜成一放大的倒立实像 A /B / （其长度为y 2）。

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A 〃B 〃（其长度 为丫3）。

虚像A 〃B 〃对于被观测物AB 来说是倒立的。

实验二、显微镜 望远镜放大率的测定
一、目的：
1、了解显微镜、望远镜的构造原理，掌握使用方法
2、测定放大率
二、仪器及工具
刻度尺、微尺各一支、读数显微镜一台、望远镜一台、显微镜一台
三、原理：
显微镜和望远镜的放大率M 定义为：
L
L
M E ∆∆=∂∂=
10视角不用仪器时物体所张的角用一起时虚象所张的视
对显微镜：1L ∆为虚象的长度 L ∆为微尺（物）的长度 对望远镜：1L ∆为物镜的直径 L ∆为目镜光斑的直径
四、实验内容： 1、 测显微镜的放大率
10倍505=⨯
7.49=M 7.0=∆M 7.07.49±=∆±=M M M %5.1=∆=M M
E
40倍2005=⨯
2.199=M 8.0=∆M 8.02.199±=∆±=M M M %4.0=∆=M M
E
2、测望远镜的放大率：
★注意事项：
1，仪器调节要仔细，显微镜由下向上调节；
2，微尺不能安装颠倒。

实验五显微镜与望远镜放大本领的测定望远镜和显微镜都是用途极为广泛的助视光学仪器，显微镜通过放大物所成的像，来帮助人们观察近处的微小物体，而望远镜则是通过放大远处物的视角，帮助人们观察远处的目标，它们常被组合在其他光学仪器中使用．为适应不同用途和性能的要求，望远镜和显微镜的种类很多，构造也各有差异，但是它们的基本光学系统都由物镜和目镜组成．望远镜和显微镜在天文学、电子学、生物学和医学等领域中都起着十分重要的作用．光学望远镜从诞生至今将近400年，出现了折射望远镜、反射望远镜、折反射式望远镜和空间望远镜，不断推动着天文学和物理学的发展．长久以来，人们仰望天空，看见日月星辰东升西落，有过天圆地方、地心说、日心说等宇宙模型．但过去人们只能用肉眼对星空进行观察，观测范围非常局限，所得的数据资料也就非常有限．凭借着物理学的不断发展，多种望远镜被制造出来，越来越精密，推动着天文学和物理学不断向前发展，人类的视野也变得更深更广．1.熟悉显微镜和望远镜的构造及其放大原理；2.进一步熟悉透镜成像规律及光学系统的共轴调节方法；3.学会一种测定显微镜和望远镜放大本领的方法；4.掌握显微镜、望远镜的正确使用方法．显微镜，望远镜，标尺，标准石英尺，测微目镜，照明灯．图5-1 显微镜的结构显微镜是一种复杂的光学仪器．它是医学实验常用工具之一，其作用是将观察的标本放大，以便观察和分析．一般光学显微镜包括机械装置和光学系统两大部分，如图5-1所示．一、机械装置1. 镜座：位于最底部的构造，为整个显微镜的基座，用以支持着整个镜体，起稳固作用．2. 镜柱：为垂直于镜座上的短柱，用以支持镜臂．3. 镜臂：为支持镜筒和镜台的呈弓形结构的部分，是取用显微镜时握拿的部分．镜筒直立式光镜在镜臂与其下方的镜柱之间有一倾斜关节，可使镜筒向后倾斜一定角度以方便观察，但使用时倾斜角度不应超过45°，否则显微镜由于重心偏移容易翻倒．4. 调节器：也称调焦螺旋，为调节焦距的装置，位于镜臂的上端（镜筒直立式光镜）或下端（镜筒倾斜式光镜），分粗调节器(大螺旋）和细调节器（小螺旋）两种．粗调节器可使镜筒或镜台作大幅度的升降，适于低倍镜观察时调焦．细调节器可使镜筒或镜台缓慢或较小幅度地升降，在低倍镜下用粗调节器找到物体后，在高倍镜和油镜下进行焦距的精细调节，藉以对物体不同层次、深度的结构做细致地观察．5. 镜筒：位于镜臂的前方，它是一个齿状脊板与调节器相接的圆筒状结构，上端装载目镜，下端连接物镜转换器．根据镜筒的数目,光镜可分为单筒式和双筒式．单筒光镜又分为直立式和倾斜式两种,镜筒直立式光镜的目镜与物镜的光轴在同一直线上,而镜筒倾斜式光镜的目镜与物镜的中心线互成45°角,在镜筒中装有使光线转折45°的棱镜；双筒式光镜的镜筒均为倾斜式的．6. 物镜转换器：又称旋转盘，位于镜筒下端的一个可旋转的凹形圆盘上，一般装有2～4个放大倍数不同的接物镜．旋转它就可以转换接物镜．旋转盘边缘有一定卡，当旋至物镜和镜筒成直线时，就发出“咔”的响声，这时方可观察玻片标本．7. 载物台：位于镜臂下面的平台，用以承放玻片标本．载物台中央有一圆形的通光孔，光线可以通过它由下向上反射．(二)光学系统1. 反光镜：是装在镜台下面、镜柱前方的一面可转动的圆镜，它有平凹两面．平面镜聚光力弱，适合光线较强时使用．凹面镜聚光力强，适于光线较弱时使用．转动反光镜，可将光源反射到聚光镜上，再经镜台中央圆孔照明标本．2. 聚光镜：在镜台下方，是一组透镜，用以聚集光线增强视野的亮度．镜台上方有一调节旋钮，转动它可升降聚光镜．往上升时增强反射光，下降时减弱反射光．3. 可变光栏：是在聚光镜底部的一个圆环状结构．它装有多片半月形的薄金属片，叠合在中央成圆孔形．在圆环外缘有一突起的小柄，拨动它可使金属片分开或合拢，用以控制光线的强弱，使物像变得更清晰．4. 目镜：装在镜筒上端，其上一般刻有放大倍数(如5×，10×)．目镜内常装有一指示针，用以指示要观察的某一部分．5. 物镜：装在物镜转换器上，一般分低倍镜、高倍镜和油镜三种．低倍镜镜体较短，放大倍数小；高倍镜镜体较长，放大倍数较大；油镜镜体最长，放大倍数最大（在镜体上刻有数字，低倍镜一般有4×、10×，高倍镜一般有40×、45×，油镜一般是90×、100×，×表示放大倍数）．测微目镜由目镜、分划板、读数鼓轮与连接装置等组成．目镜把叉丝和被观测的像同时放大，其放大倍数不影响测量数据大小，但可以提高测量准确程度．测微目镜的基本结构剖视图如图5-2所示．目镜镜头通过调焦螺纹固定在目镜外壳中部．外壳内有一块刻有十字丝的透明叉丝板，外壳右侧装有测距螺旋（即千分尺）系统，转动测距手轮，其螺杆将带动叉丝板移动．叉丝板的移动量可通过手轮上的千分尺测出．透明十字叉丝板后面是一个固定的玻璃标尺，标尺上刻有毫米尺，每格1mm，量程为8mm ． 旋转读数鼓轮，刻有十字叉丝的可动分划板就可以左右移动．读数鼓轮每旋转一周，叉丝移动1mm ，鼓轮上有100个分格，故每一格对应的读数为0.01mm ，再估读一位．其读数方法和螺旋测微器差不多．在测量过程中，要始终沿着一个方向移动叉丝，不得回旋．测微目镜通常用来测金属丝、干涉条纹等的宽度．测量时，使双线与待测物质边缘平行，叉丝交点与待测物的边缘重合，开始计数．在测量过程中，要始终沿着一个方向移动叉丝，不得回旋．图2 测微目镜的基本结构剖视图 ·实验原理最简单的望远镜与显微镜都是由目镜和物镜两个透镜共轴所组成．物镜的像方焦点到目镜的物方焦点之间的距离（即光学间隔）为Δ．望远镜用来观察远处的物体，显微镜则是用来观察近处的微小物体，他们的放大作用都可以用放大本领M 来描述，可表示为：OE M ααtan tan = (5-1) 式中E α为像所张的视角；O α为物体直接对眼睛所张的视角．一、望远镜的构造及其放大原理望远镜由物镜和目镜组成，物镜用反射镜的称反射式望远镜，物镜用透镜的称折射式望远镜．目镜是会聚透镜的称为开普勒望远镜，目镜是发散透镜的称为伽利略望远镜．对于望远镜，两透镜的光学间隔Δ≈0，即物镜的像方焦点与目镜的物方焦点近乎重合．图5-3所示为开普勒望远镜的光路示意图．图中L 0为物镜（焦距较长），Le 为目镜（焦距较短），远处物体PQ 经物镜L O 后在物镜的像方焦点F'上成一倒立实像P'Q'，像的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离．像P'Q'一般是缩小的．近乎位于目镜的物方焦面上，经目镜L E 放大后成虚像P"Q"于观察者眼睛的明视距离与无穷远之间．用望远镜观察不同位置的物体时，只需调节物镜和目镜的相对位置，使物镜成的实像落在目镜物方焦平面上，这就是望远镜的“调焦”．图5-3 开普勒望远镜的光路示意图由理论计算可得望远镜的放大本领为： ''tan tan E O OE O E O E f f f Q P f Q P M =''''=≈=αααα （5-2） 式中f o ′为物镜的焦距，f E ′为目镜的焦距，上式表明，物镜的焦距越长、目镜的焦距越短，望远镜的放大本领则越大．开普勒望远镜(f o ′＞0，(f E ′＞0)，放大本领M 为负值，系统成倒立的像；而对伽利略望远镜(f o ′＞0，(f E ′＜0)，放大本领M 为正值，系统成正立的像．因实际观察时，物体并不真正处于无穷远，像亦不成在无穷远，但式（5-2）仍近似适用．二、显微镜的构造及其放大原理显微镜和望远镜的光学系统十分相似，都是由物镜和目镜组成．显微镜的结构一般认为是由两个会聚透镜共轴组成，如图5-4所示，实物PQ 经物镜L 0成倒立实像P'Q'于目镜Le 的物方焦点Fe 的内侧，再经目镜Le 成放大的虚像P"Q"于人眼的明视距离处或无穷远处．理论计算可得显微镜的放大本领为： ''E O O E O f s f M M M ⋅∆-== (5-3)式中O M 为物镜的放大本领，M E 是目镜的放大本领，f o ′，f E ′ 为物镜和目镜的像方焦距，Δ是显微镜的光学间隔，S O ＝-25cm 为正常人眼的明视距离．由上式可知，显微镜的镜筒越长，物镜和目镜的焦距越短，放大本领就越大，通常物镜和目镜的放大本领，是标在镜头上的．图5-4 显微镜光路图用望远镜或显微镜观察物体时，一般视角均甚小，因此视角之比可用其正切之比代替，于是光学仪器的放大本领M 可近似地写成 OE O l l M ==ααtan tan 式中l 0是被测物的大小PQ ，l 是在物体所处平面上被测物的虚像的大小P"Q"． ·实验内容与步骤一、显微镜放大倍数的测定1.将标准石英尺放在显微镜载物台上夹住．2.选择适当倍率的目镜，调节聚光镜、反光镜及光阑，使目镜中观察到强弱适当而均匀的视场．3.熟悉显微镜的机械结构，学会调节使用，先用低倍物镜对石英尺进行调焦，先粗调、后微调，直至目镜视场中观察到最清晰的像，如果观察物的像不在视场中间，则可调节载物台移动手轮，将其移至视场中心进行观察．4.将目镜卸下，换上测微目镜，首先对测微目镜的目镜进行调焦，看清分划板，在调节显微镜的物镜调焦手轮，至标尺的像最清晰且无视差．5.转动测微目镜使分划板上“双线”与标准石英尺的刻度(石英尺刻度部分全长lmm ，共分100小格，每格宽O ．01mm)平行，然后将叉丝移至和显微镜视场中标准石英尺某一刻度重合，记下测微目镜的读数1x ．转动测微目镜鼓轮，使叉丝在标准石英尺上移动5格，这时叉丝与标准石英尺上另一刻度线重合，记下测微目镜的读数2x ．依此每隔5格记录一组数据，共记录10组数据．6.用逐差法处理数据，求出标尺5格对应像的大小，求其平均值，计算出物镜的放大本领．二、望远镜放大本领的测定1．将望远镜夹好，在垂直望远镜光轴方向距离目镜25cm 处放置一毫米分度的米尺A ，调节望远镜调焦手轮，把望远镜调焦到无穷远处，即望远镜能看清楚远处的物体．2.在A 尺上套上两白纸条，其间距可调，如图5-5所示．一只眼睛通过望远镜观察米尺的像B ，另一只眼睛直接看米尺A ，经过多次观察，调节眼睛使得米尺A 与望远镜中的米尺像B 重合．以B 尺为标尺，选定A 尺的上两纸带的间距为10格，记录其相当于B 尺上的格数0l ，重复3-5次，算出望远镜的放大倍数，取其平均值，并计算平均绝对偏差．3.取两纸带的间隔分别为8格和13格，重复上述步骤进行测量．1.用测微目镜测经显微镜放大的石英标尺像刻度间隔数据表测量间隔：每隔5小格标尺像刻度读一次数2.望远镜视角放大率测量数据表1．注意不要用手摸透镜、反射镜等光学元件的光学表面，，以免在光学面上留下痕迹，使成像模糊或无法成像．2．在实验过程中，注意光学仪器要轻拿轻放，勿使仪器受到震动和磨损．3．用测微目镜测量时要注意回程误差．4．测望远镜放大本领时，两只眼睛要同时观察，同时看清A、B两尺的像，并将A、B两尺的像重合在一起时，方可读数．望远镜和显微镜的发明是17世纪光学的伟大成就．显微镜的发明，使人类第一次发现了微生物和细胞生存的世界．第一架显微镜由荷铸眼镜匠詹森父子发明，后由伽利略改良而成．最初的显微镜只能放大50-200倍，到1932年德国的诺尔和鲁斯卡发明了世界第一台电子显微镜，它是利用德布罗依物质波原理制造而成的，它能放大1万倍，到20世纪90年代发展到放大率可达200万倍，由此人们发现了原子世界．1983年人们又发明了基于量子力学原理造而成的扫描隧道显微镜，开创了纳米科技的观测手段．后来人们又发明了原子力显微镜，它是根据扫描隧道显微镜的原理设计的高速拍摄三维图像的显微镜．可观察大分子在体内的活动变化．1608年荷兰的眼睛匠利佩希偶然地制造出了第一架望远镜，它的目镜为一凹透镜，被称为荷兰望远镜．发明望远镜的消息迅速在欧洲传开，1609年伽利略得悉这一消息后，立即动手制作，并把自制的望远镜第一个指向天空，首先发现了月亮上的山脉和火山口．伽利略设计了由两个凸透镜构成的开普勒望远镜，第一架开普勒望远镜由天文学家沙伊纳制成．1668年，牛顿（Newton，I．1642~1727）用2.5 厘米直径的金属，磨制成一块凹面反射镜，并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45°角的反射镜，使经主镜反射后的会聚光经反射镜以90°角反射出镜筒后到达目镜，制成了反射望远镜．1672年牛顿有制造了第二架反射望远镜，全长1.2m，口径为2m，并把它献给了英国皇家学会．往后的几百年间，人们提出了反射镜的多种设计方案．1918年末，口径为254厘米的胡克望远镜（Hooker telescope）投入使用，它第一次揭示了银河系的真实大小和我们在其中所处的位置，更为重要的是，哈勃(Hubble，E．P．1889~1953)的宇宙膨胀理论就是用胡克望远镜观测的结果．相对于折射镜，反射镜没有色差，容易制作；但它也存在固有的不足：如口径越大，视场越小，物镜需要定期镀膜等．随后又出现了能兼顾折射和反射两种望远镜优点的折反射式望远镜，非常适合业余的天文观测和天文摄影，并且得到了广大天文爱好者的喜爱．它的特点是相对口径很大(甚至可大于1)，光力强，视场广阔，像质优良．适于巡天摄影和观测星云、彗星、流星等天体．自1970年代以来，在望远镜的制造方面有了许多新技术，涉及光学、力学、计算机、自动控制和精密机械等领域，使望远镜的制造突破了镜面口径的局限．然而，由于地球大气对电磁波的吸收作用，地面观测具有严重的局限性．物理学在不断地发展，直到人造卫星上天，航天技术逐渐成熟，空间天文学才兴起．1990年4月24日，由美国国家航空与航天局（NASA）和欧洲空间局（ESRO）联合研制的哈勃空间望远镜（HST）的发射成功，是天文学走向空间时代的一个里程碑．空间观测与地面观测相比，有极大的优势：没有了大气层的干扰，恒星不再闪烁．分辨率比起地面的大型望远镜提高了几十倍．灵敏度的提高，使可观测的天体迅速增加．空间没有重力，仪器就不会因自重而变形．频率覆盖范围也大大地变宽，全波段天文观测成为可能，对于光学望远镜，可以接收到宽得多的波段．就哈勃空间望远镜（现已退役）而言，主望远镜是口径为2.4米的反射望远镜，还携带了广角行星照相机，暗弱天体照相机，暗弱天体光谱仪，高分辨率光谱仪，高速光度计，成象光谱仪，近红外照相机，多目标摄谱仪，高级普查摄像仪，高新巡天照相机等精密仪器，观测范围早已突破了可见光波段，向红外和紫外两端延伸．其功能之强大，在天文学的许多领域中作出了巨大的贡献，如：银河系中心、双星系统、近邻星系、宇宙早期星系、黑洞研究等等．在望远镜的庞大家族里，除了以上介绍的光学望远镜以外，还有射电望远镜（radio telescope）、红外望远镜（infrared telescope）、紫外望远镜（ultraviolet telescope）、X 射线望远镜（X-ray telescope）和γ射线望远镜（gamma ray telescope）．随着新型显微镜、望远镜的发展和应用，使人类的视野变得更深更广．中学物理课标对望远镜、显微镜及相关内容的要求是：1.知道显微镜、望远镜的原理．2.用两个不同焦距的凸透镜制作望远镜．3.了解开普勒望远镜和伽利略望远镜的结构．4.通过望远镜原理的及调节要求的学习，可进一步掌握凸透镜呈像的特点及规律1．显微镜和望远镜有何异同?2．显微镜和望远镜的调焦方式有何不同？为什么？3．测量标准石英尺时所获得的放大本领为什么不等于物镜的标称放大本领?4、用同一个望远镜观察不同距离的目标时，其视觉放大本领是否不同？5、在光具座上自组装的望远镜(或显微镜)，如何调节焦距以获得清晰的像？6.已知什么量？哪个是待测量？如何控制变量？按要求处理实验数据，完成实验报告．尝试在光具座上设计并组装望远镜或显微镜，写出实验方案，并完成实验．。

望远镜、显微镜的设计与组装一．引言显微镜和望远镜是近代科学技术的两项伟大发明，它们将人类的视觉延伸到了更加宽广的微观和宏观世界，具有划时代的意义。

显微镜和望远镜是常用光学仪器，具有广泛的应用范围。

它们的构造看似简单，却蕴含着极其丰富的理论知识。

了解他们的构造原理，并自己动手设计、组装显微镜和望远镜，不仅有助于加深理解透镜成像规律，也有助于调整和使用其他光学仪器。

为了掌握显微镜和望远镜的基本参数与设计关系；为了学会正确组装显微镜和望远镜以及调节使用方法；为了学习视放大率等概念并掌握其测量方法，我设计了本次实验并完成论文。

二．实验原理显微镜显微镜的基本光学系统和成像光路图（图1）（1）显微镜基本构造：显微镜由两个凸透镜，一个做物镜L0，一个做目镜。

其基本光学系统如上图所示，位于物镜焦点外的微小物体y经物镜后成一放大倒立的实像y′，再经目镜放大成虚像于无穷远处，两次放大都使张角增大，所以物镜焦距很短，相比之下目镜焦距较长。

（2）视放大率M理论：像对人眼的张角w′的正切与物在明视距离D=250mm处时对人眼的张角w的正切之比，即：M理论=tan w′/ tan w由于tan w′=y′/f e′ tan w′=y/D M理论=M0Me其中M0为放大率，Me为目镜放大率望远镜望远镜的基本光学系统和成像光路图（图2）（1）望远镜和的基本结构：由物镜L0和目镜L e组成。

其基本光学系统如上图所示。

远处物体经物镜后在物镜像方焦平面上成一倒立缩小的实像，再经目镜将此实像放大成像于无穷远处，使其视角增大。

（2）视放大率M理论：像对人眼的张角w′的正切与物在明视距离D=250mm处时对人眼的张角w的正切之比，即：M理论=tan w′/ tan w由于tan w′=y′/f e′ tan w′=y′/f e′所以M理论= f e′/ f e′三.简单方案及参数（1）显微镜的简单方案及参数：在本实验中，有两组显微镜，其组装大致与图1一致，明视距离D=250mm，△=160~190mm，出瞳15~40mm一组：f25ⅹf15：目镜焦距参数160mm+25mm+15mm=20cm二组：f25ⅹf50：目镜焦距参数160mm+25mm+50mm=23.5cmM=D△/ f e′f e′在确定焦距并组装实验后，用上述公式求得显微镜放大倍数。

工程光学自组望远镜实验心得在光学实验课程中，我参与了一项关于工程光学的自组望远镜实验，过程中学到了很多知识和技能，并有所心得体会。

实验的过程中，我们需要自行组装一台望远镜，从光学器件的选择和安装到调整和使用都需要我们自己去完成。

整个实验分为三个步骤：选择适当的物镜和目镜，组装望远镜，调整和使用望远镜。

首先，我们需要选择合适的物镜和目镜。

物镜是望远镜中的主光学元件，决定了观测清晰度和放大倍数，而目镜则起到放大及调焦的作用。

在选择物镜和目镜时，我们要根据实际需要来确定望远镜的放大倍数和观测清晰度，并根据目标的特点选择合适的光学器件。

在组装望远镜的过程中，我们需要将物镜、目镜和其他相关器件组装在一起。

这一步骤对于我们来说并不容易，需要仔细地阅读实验手册上的步骤，确保各个光学器件的位置和安装准确无误。

这其中最关键的一项工作是确保光轴的对准，只有当光轴准确无误时，我们才能在调整和使用望远镜时获得清晰的观测图像。

调整和使用望远镜是整个实验中最具挑战性的一步。

我们需要通过调整目镜和物镜的位置来使光轴尽可能地保持平行，并通过调节目镜的焦距和物镜的孔径来达到最佳的观测效果。

这一步骤需要耐心和细心，因为微小的调整可能会对观测图像产生很大的影响。

在实验中，我遇到了许多困难和问题。

首先，我不太熟悉光学器件的名称和功能，导致在选择器件和组装器件时遇到了一些困难。

其次，我在调整和使用望远镜时经常遇到光轴不准确和图像模糊的问题，需要不断进行调整和尝试。

最后，实验过程中需要使用一些小工具进行调整，而我没有掌握这些工具的使用方法，使得调整的难度增大。

通过这个实验，我学到了很多关于工程光学的知识和技能。

我了解了光学器件在望远镜中的作用和原理，掌握了自组望远镜的基本组装方法和调整技巧。

在实验中，我也认识到了自己在理论知识和实践操作方面的不足之处，并且明白只有通过不断的学习和实践，才能真正掌握和运用这些知识和技能。

总的来说，这次工程光学自组望远镜实验对我来说是一次很有价值的经历。

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Γ表示，其定义为/tan tan w wΓ= （1）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o L 为物镜（焦点在o F 和/o F ）,其焦距为o f ；e L 为目镜，其焦距为e f 。

将长度为1y 的被观测物AB 放在o L 的焦距外且接近焦点o F 处，物体通过物镜成一放大的倒立实像//A B (其长度为2y )。

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////A B (其长度为3y )。

放大系数测量实验报告实验目的：通过测量光学仪器中的放大倍数，掌握其测量原理和方法，熟悉光学实验仪器的操作和使用。

实验器材：光学仪器（望远镜、显微镜等）、物体、白板、测量工具（标尺、卡尺等）。

实验原理：光学仪器中的放大倍数是指仪器在放大过程中，目标物体的视野与使用肉眼观察时的视野之比。

在实验中，我们选取适当的物体放在合适的位置，通过改变调节仪器焦距、物体与仪器的距离等因素，测量出光学仪器的放大倍数。

实验步骤：1.将望远镜等光学仪器放在水平台面上，并调整至视场明亮清晰。

2.在工作距离的适当位置，放置一个待测物体，观察其清晰度。

3.调节仪器的焦距，使物体更加清晰。

4.使用标尺等测量工具测量物体与仪器之间的距离。

5.将目镜调节至准直目标，记录准直目标的位置。

6.记录物体与准直目标之间的距离。

7.根据物体与仪器之间的距离和准直目标的位置，计算出光学仪器的放大倍数。

实验结果：本次实验所使用的仪器为望远镜，通过测量，得到仪器的焦距为10cm，物体与仪器之间的距离为50cm，准直目标的位置与物体之间的距离为30cm。

根据计算，得到望远镜的放大倍数为5倍。

实验讨论：本实验中的测量结果与理论值相符合，证明实验操作正确，测量方法可靠。

然而，实验中测量仪器的焦距、物体的位置等要素对结果有较大的影响，应在实际操作中加以注意。

此外，不同的光学仪器可能有不同的测量原理和方法，需要根据实际情况进行调整。

实验总结：通过本次实验，我掌握了光学仪器中放大倍数的测量原理和方法，并加深了对光学实验仪器的操作和使用的理解。

在实验中，我注意到实验操作的准确性对测量结果的影响较大，下次进行实验时需要更加严谨。