光学基础实验报告 .pdfVIP

光学基础实验报告

光学基础实验报告

实验1：⾃组望远镜和显微镜

⼀、实验⽬的

1.了解透镜成像规律，掌握望远镜系统的成像原理。

2.根据⼏何光学原理、透镜成像规律和试验参数要求，设计望远镜的光路，提出光学元件的选⽤⽅案，并通过光路调整，达到望远镜的实验要求，从⽽掌握望远镜技术。

⼆、实验原理

1.望远镜的结构和成像原理

望远镜由物镜L1和⽬镜L2组成。⽬镜将⽆穷远物体发出光会聚于像⽅焦平⾯成⼀倒⽴实像，实像同时位于⽬镜的物⽅焦平⾯内侧，经过⽬镜放⼤实像。通过调节物镜和⽬镜

相对位置，使中间实像落在⽬镜⽬镜物⽅焦⾯上。另在⽬镜物焦⽅⾯附有叉丝或标尺分化格。物像位置要求：⾸先调节⽬镜⾄能清晰看到叉丝，后调整⽬镜筒与物镜间距离

即对被观察物调焦。

望远镜成像

视⾓放⼤率要求：定义视⾓放⼤率M为眼睛通过仪器观察物像对⼈眼张⾓ω’的

正切与眼睛直接观察物体时物体对眼睛的张⾓ω的正切之⽐M=ωωtan

tan。要求

M1。

2.望远镜主要有两种情况：⼀种是具有正光焦度⽬镜，即⽬镜2L是会聚透镜的系统，称为开普勒望远镜；另⼀种是具有负光焦度⽬镜，即⽬镜2L是发散透

镜的系统，称为伽利略望远镜。

对于开普勒望远镜，有M=ωωtan

tan=-21ff

公式中的负号表⽰开普勒望远镜成倒像。若要使M的绝对值⼤于1，应有1f2f。

对于伽利略望远镜，视⾓放⼤率为正值，成正像。

此外，由于光的衍射效应，制造望远镜时，还必须满⾜：M=dD

式中D为物镜的孔径，d为⽬镜的孔径，否则视⾓虽放⼤，但不能分辨物体的细节。

三、思考题

1.根据透镜成像规律，怎样⽤最简单⽅法区别凹透镜和凸透镜？答：（1）将这个透镜靠近被观察物，如果物的像被放⼤的，说明该透镜为凸透镜；（2）将这个透镜放在

阳光下或灯光下适当移动，如果出现⼩光斑的，说明该透镜为凸透镜．

2.望远镜和显微镜有哪些相同之处？从⽤途、结构、视⾓放⼤率以及调焦等⼏个⽅⾯⽐较它们的相异之处。

答：望远镜与显微镜都是视⾓放⼤仪器,都由物镜,⽬镜组成。

望远镜⽤于观察远处物体,⽤⼤⼝径,长焦距的透镜做物镜,调焦时调节物镜与⽬镜的距离；

显微镜⽤于观察细微物体,⽤短焦距的透镜做物镜,镜筒长度固定,调焦时调节物镜与物体之间的距离。

3.试说明伽利略望远镜成像原理，并画出光路图。

伽利略望远镜成像原理：光线经过物镜折射所成的实像在⽬镜的后⽅（靠近⼈⽬的后⽅）焦点上，这像对⽬镜是⼀个虚像，因此经它折射后成⼀放⼤的正⽴虚像。伽利略望

远镜的放⼤率等于物镜焦距与⽬镜焦距的⽐值。其优点是镜筒短⽽能成正像。

4.望远镜实验中，将3⽶远的标尺看作⽆穷远的物体，从⽽计算望远镜的实验放⼤率，这种估算⽅法引起的误差有多⼤？如果需要对该放⼤率进⾏修正，应如何

做？

标尺放在有限距离s远处时，望远镜放⼤率可做如下修正：

当s＞100

时，修正量题中s=3m

实验2薄透镜焦距测定

⼀、实验原理

1、凸透镜焦距的测定

（1）粗略估计法：以太阳光或较远的灯光为光源，⽤凸透镜将其发出的光线聚成⼀光点（或像),此时，∞→s，fs≈，即该点（或像）可认为是焦点，⽽光点到透镜中⼼的

距离，即为凸透镜的焦距，由于这种⽅法误差很⼤，⼤都⽤在实验前作粗略估计。

（2）利⽤物距像距法求焦距：当透镜的厚度远⽐其焦距⼩的多时，这种透镜称

为薄透镜。在近轴光线的条件下，薄透镜成像的规律可表⽰为：1

=+sfsf

当将薄透镜置于空⽓中时，则焦距

sss

sff-=

-=

（3）⾃准直法：如图2.2所⽰，在待测透镜L的⼀侧放置被光源照明的物屏，在另⼀侧放⼀平⾯反射镜，移动透镜（或物屏），当物屏正好位于凸透镜之前的焦平⾯时，物

屏上任⼀点发出的光线经透镜折射后，将变为平⾏光线，然后被平⾯反射镜反射回来。再经透镜折射后，仍会聚在它的焦平⾯上，即原物屏平⾯上，形成⼀个与原物⼤⼩相

等⽅向相反的倒⽴实像。此时物屏到透镜之间的距离就是待测透镜的焦距，即sf=

（4）共轭法：；取物屏像屏之间的距离⼤于4倍焦距，且保持不变，沿光轴⽅向移动透镜，则必能在像屏上观察到⼆次成像。如图2.3所⽰，设物距为s1时，得放⼤的倒⽴

实像;物距为s2时，得缩⼩的倒⽴实像，透镜两次成像之间的相移为d,根据透镜成像公式，将2/)(21dD--=-=εε

2/)(21dD+-=-=εε

代⼊得

DdDf422-=

可见，只要在光具座上确定物屏、像屏以及透镜⼆次成像时其滑座边缘所在位置，

就可⽐较准确的求出焦距。2.凹透镜焦距的测定

（1)视差法：在物和凹透镜之间置⼀有刻痕的透明玻