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

S

S'
y1
25cm
S' Lo
y2
Le
y3
L
P
在 Le 之后放置一与光轴成 45°角的平玻璃板， 距此玻璃板 25cm 根据理论计算确定物镜 Lo 与目镜 Le 的距离； 处放置一白光源（图中未画出）照明的毫米尺 M 2 。 3、微调微尺 M 1 的位置调整微尺 M 1 离物镜 Lo 的距离，使它经显微镜系统成的像 y3 与毫米尺 M 2 经 45°玻 璃板反射的像 S 重合。 要求反复调整， 直到微尺 M 1 的放大像 y3 与毫米尺 M 2 反射像 S 之间没有视差为止。 4、仔细观察微尺 M 1 的放大像和毫米尺 M 2 的反射像，同时微调毫米尺 M 2 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 M 1 放大像 y3 的格数 b 所对应的毫米尺 M 2 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
式中，
y3 D D y v e ，为目镜的视觉放大率； 2 1 0 （因 v1 比 f o 大得多），为物镜的线 y1 u1 f o y2 u 2 f e D • 0 • e （3） fe fo
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。
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 求出 M
d1
d2
，M M
s s f0 f o 比较M、 M 、 M ，并分析说明它们的差 f e
4、读出物镜和目镜的焦距，求出计算放大率 M 异。
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？ 3、证明 M M


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 P Q


。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
M
f o f e
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： 1 2 3 4 5 6 7 8 测 量 次 数 待测物体长度 像 长 放大镜测量放大率 9 10
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。
/

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。
放大率。因而式（2）可改写成

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 f o 、 f e 、 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 P Q ，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
/ // // // // / /
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
tan w/ y3 / D y3 y2 • （2） tan w y1 / D y2 y1
s s f0
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 待测物体长度 像长 显微镜放大率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
班级：__________________姓名：__________________实验日期：__________________
（二）、显微镜及其视觉放大率
u1
v1
u2

B '' A y1 B F o Lo
Fo' Fe B y2 ' w' A
'
Fe'
y3
A ''
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 f o ； Le 为目镜，其焦距为 f e 。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 A B (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 A B (其长度为 y3 )。虚像 A B 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。

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( f o 0 ， f e 0 ) 放大率 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 M 1 ，物镜 Lo ，目镜 Le ，45°玻璃架，毫米尺 M 2 ，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