简单显微镜的设计教学目的 1、了解显微镜的基本光学系统及放大原理，以及视觉放大率等概念；2、学会自组搭建简单显微镜的光路，进一步熟悉透镜的成像规律；3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。

重难点 重点：组装简单显微镜光路的设计和调节难点：1）简单显微镜的放大原理；2）设计光路的调节教学方法 讲授、讨论、演示相结合 学时 3学时一、实验简介显微镜是最常用的助视光学仪器，且常被组合在其他光学仪器中。

因此，了解并 掌握它的构造原理和调整方法，了解并掌握其放大率的概念和测量方法，不仅有助于加 深理解透镜的成像规律，也有助于正确使用其他光学仪器。

二、实验目的1、了解显微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、学会测量显微镜的视觉放大率。

三、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ww tan tan /=Γ （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//B A (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////B A (其长度为3y )。

虚像////B A 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e F 之间的距离δ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122313///tan tan y y y y D y D y w w •===Γ （2） 式中，e ef D u D y y Γ=≈=223，为目镜的视觉放大率；01112βδ=≈=of u v y y （因1v 比o f 大得多）， 为物镜的线放大率。

因而式（2）可改写成e oe f f D Γ•=•=Γ0βδ（3）Du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o f 、e f 、δ和D 已知的情形下，可利用式（3）算出显微镜的视觉放大率。

显微镜通常配有一套不同放大率的物镜和目镜，可供选用。

例如，使用20×物镜 和5×目镜的显微镜，它的视觉放大率100520=⨯=Γ。

一般显微镜的放大率为几十倍 到几百倍。

根据式（3）可知，显微镜的镜筒越长，物镜和目镜的焦距越短，放大率就越大。

同时受光学底座尺寸的限制，故实验中所选的物镜焦距为45mm ，目镜焦距为29mm 。

简单显微镜设计光路的装置图和简图分别如图所示。

1－小照明光源S ，2－干版架，3－微尺M 1（1/10 mm ），4－二维架或透镜架，5－物镜Lo （0'f =45 mm ），6－二维架，7－三维调节架，8－目镜Le （e 'f =29 mm ）， 9－45°玻璃架，10－升降调节座，11－双棱镜架，12－毫米尺M 2（l =30 mm ），13－三维平移底座，14－三维平移底座，15－升降调节座，16－通用底座，17－白 光源（图中未画）四、实验仪器IIB GSZ -型光学平台，小照明光源S ，微尺1M ，物镜o L ，目镜e L ，45°玻璃架，， 毫米尺2M ，白光源，白屏，若干光学支架和底座。

附1：IIB GSZ -型光学平台IIB GSZ -型光学平台是天津岗东公司根据教育部高等教育普通物理光学实验大 纲的要求设计的。

实验内容包括几何光学、物理光学、现代光学三大类。

仪器结构新颖、 灵巧。

采用组合件组合进行开放式教学，培养学生的思维能力及实验技巧，进而提高教 学质量，完全适用于各高等院校普通物理光学实验的需要。

IIB GSZ -型光学平台的仪器特点有：采用双层减震装置的大面积平板工作台；多 种通用、专用附件及各种不同焦距的透镜、棱镜、波片，学生可根据实验项目需要任意 选择，摆放各种实验；多维调整架，可达五维精密稳定调整；仪器各项实验光轴中心高L25c mPe Lo L1y'S3y'S 2y度200mm ；多种规格的光学组件供用户选择；平板工作台采用含磁力不锈钢材料。

五、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光路，测量简单显微镜的放大率。

（一）光路的调整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、测物镜、目镜的焦距方法：物距像距法，如图所示。

调节白屏在光轴上的位置，直至白屏上有物S 的 等大实像，则焦距为物与白屏之间距离L 的41。

多次测量求平均值。

3、按装置图装配显微镜将物镜o L 与目镜e L 的距离定为24cm ；在e L 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2M 。

4、微调微尺1M 的位置调整微尺1M 离物镜o L 的距离，使它经显微镜系统成的像3y 与毫米尺2M 经45°玻 璃板反射的像'S 重合。

要求反复调整，直到微尺1M 的放大像3y 与毫米尺2M 反射像'S 之 间没有视差为止。

（二）测量简单显微镜的放大率1、观察仔细观察微尺1M 的放大像和毫米尺2M 的反射像，同时微调毫米尺2M 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，便于读数。

2、测量)(2为焦距f f v u ==读出微尺1M 放大像3y 的格数b 所对应的毫米尺2M 反射像的格数a ，需反复 测量，求平均视觉放大率。

3、数据处理 根据公式ab 10⨯=Γ计算出简单显微镜的视觉放大率。

将cm D 25=和光学间隔 o e f f L --=δ（L 、e f 和o f 前面已经测出）代入公式oe f f D δ•=Γ'计算出简单显微镜的 测量视觉放大率，并将计算结果与观测值作一比较，计算百分误I 差比。

六、实验数据记录与数据处理 1、数据记录表格物镜o L 的位置为47.50cm ，目镜e L 的位置为71.50cm ，cm D 00.25=。

1）物距像距法测焦距测物镜o L 的焦距 测目镜e L 的焦距2）显微镜放大率 2、数据处理1）简单显微镜视觉放大率Γ的计算值()17.31567.3002.3050.3067.3200.32551=++++=Γ=Γ∑=i i计2）物镜o L 、目镜e L 焦距的相对误差 物镜o L 的焦距o f ：()cm ff i oio 52.45500.4500.4525.4525.4525.4551=++++==∑=计物镜焦距的相对误差：%44.0%10050.452.450.4%100=⨯-=⨯-=标计标计o o o f f f f E o目镜e L 的焦距e f ：()cm ff i eie 03.35025.3000.3050.3025.3025.3551=++++==∑=计目镜焦距的相对误差：%48.4%10090.203.390.2%100=⨯-=⨯-=标计标计e e e f f f f E e3）简单显微镜视觉放大率Γ的测量值物镜o L 与目镜e L 之间的距离cm L 00.2450.4750.71=-= 则光学间隔δ为：cm f f L e o 60.1690.250.400.24=--=--=δ 根据公式o e f f D δ•=Γ'有：80.3150.460.1690.200.25=•=Γ测 4）简单显微镜视觉放大率Γ的测量相对偏差%98.1%10080.3117.3180.31%100=⨯-=⨯ΓΓ-Γ=Γ测计测E七、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；机械 结构的转动和滑动部位可酌加少量润滑油；平台上宜涂擦极薄的一层机油，以利保护表 面；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、溴钨灯长时间使用会发热，并且光强过高，因此在调节光路过程中注意不要让头部靠的过近，眼睛不要直视发光出射口。

4、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。

八、实验指导要点1、简要说明本实验的作用。

2、简要介绍本实验内容及设计思路，主要包括：1）进一步熟悉透镜的成像规律，选择合适的透镜搭建光路；2）为了测量简单显微镜的视觉放大率，在光路中利用45°玻璃板增加一条光路。

3、光学元件使用说明1）溴钨灯的结构及使用注意事项；2）光学元件的固定、光学支架和底座的使用及注意事项。

4、光路的调节及简单显微镜视觉放大率的测量1）讲解和演示操作步骤2）分析说明容易出现的错误，如：调不出放大像：主要是物镜和目镜的焦距弄反了、光学元件没有同轴等高、微尺的位置没有调节好；错读数据：主要是因为45°玻璃板的反射像比较模糊，容易使读数误差过大5、强调处理数据：计算简单显微镜视觉放大率的理论值，与计算值作误差分析。

附录1、实验操作评分标准1、按规定完成预习任务。

（5分）2、测量原理清楚、激光器连线、使用正确。

（10分）3、实验操作规范、准确。