光学基础实验报告.docx

光学基础实验报告.docx光学基础实验报告实验1:自组望远镜和显微镜一、 实验目的了解透镜成像规律,掌握望远镜系统的成像原理。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,达到累远镜的实验要求,从而掌握望远镜技术。二、 实验原理望远镜的结构和成像原理望远镜由物镜L1和口镜L2组成。口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,经过目镜放人实像。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。另在目镜物焦方而附冇叉丝或标尺分化格。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。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3'的tan^J正切与眼睛直接观察物体时物体对眼睛的张角3的正切之比M=tan^y。要求M>E望远镜主要有两种情况:一种是具有正光焦度目镜,即冃镜厶2是会聚透镜的系统,称为开普勒槊远镜;另一种是具有负光焦度目镜,即目镜厶2是发散透镜的系统,称为伽利略望远镜。tanoi对于开普勒望远镜,有“=tane=门'公式屮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,应有心2。对丁伽利略望远镜,视角放大率为正值,成正像。D此外,由于光的衍射效应,制造槊远镜时,还必须满足:M=~d式屮D为物镜的孔径,d为目镜的孔径,否则视角虽放大,但不能分辨物休的细节。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,如杲物的像被放大的,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,如果岀现小光斑的,?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。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口镜焦距的比值。其优点是镜筒短而能成正像。4•望远镜实验屮,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冇多人?如果需要对该放人率进行修正,应如何做?标尺放在冇限距离$远处时,望远镜放大率可做如下修正:s+几r 7Q1当s>100犬时,修正量'+力 题中s二3m实验2薄透镜焦距测定一、实验原理1、凸透镜焦距的测定(1) 粗略估计法:以太阳光或较远的灯光为光源,用凸透镜将其发出的光线聚成一光点(或像),此时,STOO, 即该点(或像)可认为是焦点,而光点到透镜中心的距离,即为凸透镜的焦距,由于这种方法谋差很大,大都用在实验前作粗略估计。(2) 利用物距像距法求焦距:当透镜的厚度远比其焦距小的多时,这种透镜称为薄透镜。在 近轴光线的条件下,薄透镜成像的规律可表示为:"$f'=-f=———当将薄透镜置于空气屮时,则焦距 S-(3) 自准直法:,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Z前的焦平而时,物屏上任一点发岀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冋来。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-个与原物大小相等方向相反的倒立实像。此吋物屏到透镜之间的距离就是待测透镜的焦距,即f=s(4) 共轨法“取物屏像屏Z间的距离大于4倍焦距,但保持不变,沿光轴方向移动透镜,则必能在像屏上观察到二次成像。,设物距为si时,得放大的倒立实像;物距为s2吋,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^=-^=-(D-d)/2刘=一£2=-(D+d)/2f—2代入得4D可见,只要在光具座上确定物屏、像屏以及透镜二次成像时英滑座边缘所在位置,就可比较准确的求岀焦距。(1) 视差法:在物和凹透镜Z间置一冇刻痕的透明玻璃片,当透明玻璃片上的刻痕和虚像无视差时,透明玻璃片的位置就是虚像的位置。(2) 辅助透镜成像法:,先使物发出的光线经凸透镜乙后形成一大小适屮的实像然后在乙和A'B'Z间放入待测凹透镜厶2,就能使虚物产生实像A"B\分别测出厶2到AB和之间的距离"、52,即可求出厶2的像方焦距戸。次数n像屏位置X2必=X2-X1f¥