典型光学系统——望远镜和显微镜

1、典型光学系统第一节：人眼水晶体的曲率半径:瞳孔直径变化:40mm 远近调节调节肌肉网膜后室n=h 3434水晶体2tnm 8nrnt明暗适应黄斑人眼的结构盲点角膜n=h 38虹彩眼睛的结构:三膜二室一体返回|退出I到空气和角膜之间的界面间有较大的折射率差(1.00/138) o眼睛的结构简约眼眼睛简化成一个折射球面的模型，即简约眼像方焦距 光焦度5.56mm1.3339.7 mm -16.70mm 22.26 mm 59.88D或:f= -17mmI简约眼模型ff = 23mm人眼与照相机眼睛如同一只自动变焦和自动改变光圈 大小的照相机。从光学角度看，眼睛中三个 最重要的部分是水晶体、瞳孔和网

2、膜，它们 分别对应与照相机中的镜头、光阑和底片。第二节：显微镜结构及其原理显微系统的构成照明系统+成像系统显微镜构成：由物镜组L。和目镜组Le构成。 物镜的焦距小于目镜的焦距，且物镜和目镜 的焦距都很短，目镜通常用惠更斯目镜（它的 消色差效果较好）。L。与Le间隔比它们各自的 焦距大得多。简化：为简单起见,将物镜和目镜各以单独一块会聚（凸）薄透镜表示。显微镜工作原理、基本结构1、结构2、几个概念镜和物镜之间的光学间腐/光学筒长:机械筒长:从显微镜的镜筒中抽出目镜和物镜,留下的镜筒的长度,其值一般为160190mm。我为 160mm。:、光束限制孔悝光阑：因物镜而异。单组低倍物镜，其镜框即为孔悝

3、光阑；多组透镜构成的复杂物镜,透镜框作为孔悝光阑，或者在物镜的像方焦平 面上或附近设置专门的孔悝光阑o通 常设JL在物镜的 像平面上视场光阑:可以保证消除渐晕。视场光阑的大划、等于物面的视场可见范二物镜的垂轴放大率的乘积O三、分辨本领1、分辨率显微镜刚好負邑够分辨的物平面上两点的最小距离。2、表示a = 0.612/(nsin U)=0.612/N.AN.A. (Numeric aperture)称为数值孔悝。不发光物体被别的光源照明:cr = A/N.A.cr = 0.5 A/N.A.四、显微镜的放大本领F外侧：待观察的目 的物置物镜的物方焦平面的外侧，且靠得 很近，使之成实像， 且横向放大

4、率01尽量 大,这时亦2内侧：实像置目镜物方焦平面内侧很近处，使之在明视距离处成虚像，且角尽量大，这时S2町2F。I:wQ乍III! 一 &pfO0A1视角：= *J 2 J 22 物镜的横向放大率:y_ =y Si, s _ sy Q yr = yr,$125s；- fX j3放大本领理论公式经常釆用近似5；A/ i253、显微镜成像特点 显微镜实质上就是一个组合的放大镜(1)有离的放大率;(2)眼睛和像的位置适度，适于使用;(3)通过调换物镜和镜可以地获傅显微镜的多种放大率(或分辨率);(4)显微镜因为黃中间实像，能实现对物 体的瞄准和测量。(5)通过镜的离焦,可以将微1、物体二次成放大的

5、实像进行显示或记录。第三节：望远镜结构及其原理物镜目镜Ia C眼 睛Fe(F?)基本结构一1. Kepler望远镜结构 物镜和目镜均由正透镜 构成，镜筒内 存在实像。A可设置视场光阑，消渐晕A可设Jt分划 板，测量物体大小系统成倒像T2、Galileo望远镜结构物镜目镜镜由负透镜构成，镜筒内不存在实像。A系统结构紧凑，筒长短，成正立像 :不可设置分划 板，测量物体大小存在渐晕二、光束限制一物镜目镜以Kepler望远镜为例孔悝光阑：物镜框。视场光阑：通常设置在物镜的像平面上。视场光阑 的大小等于物方视场环与物镜焦距 的乘积。三、分辨本领望远镜1.分辦极限望远镜物镜像面上刚好負邑 够分辨的两点的般

6、小距离。2.表示& =22甘舁D出瞳刀= 1.222FnumFnuiu称为物镜的F数，亿，称为相对孔程:。角分辨极限: =1.222/0匚放大本领视角放大率tan cotanDD望远镜是将像 “拉近” 放大视:甫； 显微镜是将像“放大”而放大视 片O第二部分实验内容及操作要求显微镜和望远镜都是增大被测物体对人眼的张角。1、内容：显微镜和望远镜的视角放大率M的定义用仪器时虚像所张的视角勺不用仪器时物体所张的视角/(1)显微镜放大率的理论值:A$oJo / e式中：M。是物镜放大率；Me是目镜放大率； 广。是物镜象方焦距；是目镜方焦距； 是光学间隔，s=25cm为明视距离。由上式可知：为。、几越小

7、，M越大；当厂。、广e确定后，越大(镜筒越长)，M就越大(2)望远镜放大率的理论值：r这是对无穷远聚焦(A=0)后得出的结论,M =_亡 所以在实际观察时，上式只是一个近 厂似成立的式子。因为被观察物并不真正位于无穷远处。(3)粗测显微镜、望远镜放大率的方法M二严原则上利用放大率的理论值公式都可以计算显微镜、 望远镜的放大率。但由于式中的焦距和一般不容易找 到。故用公式求放大率较困难。所以通常利用视角的 公式来粗测显微镜、望远镜的放大率。1=一般情况下，测量时的视角都很小，所以可以用它们 的正切来代替。即M = 2- tga = L 乙叽 loE如图，以显微镜为例。2（测量）操作要求：（测量本

8、身是粗测，本实验的所有内容都不作误差计算）（1）测显微镜的放大率（按教材进行P46）a将目镜放到最低（十字叉丝清楚与否不考虑），测量 5次，求平均值b将目镜拉上一个高度（改变镜筒长）再测量5次，求 平均值。问：通以以上两次测量。你可以得到什么结论？(2)测望远镜的放大率方法一 a将标尺置于望远镜前约1米处，用一只眼睛 从望远镜中观察，另一只眼睛不通过望远镜而直接观 察，调节望远镜使成象最为清晰，仿照测显微镜的放 大率的方法，测出象上某一段分度2,相当于另一只 眼睛直接看到的标尺上的分度Z ,则根据定义可得，重复5次，求平均值。0b将标尺置于望远镜前2米处，再按步骤a的 测量，求平均值。UJ问：

9、通过以上两次测量，你可以得到什么结论？ 答：望远镜的放大率M随距离的增大而减小。理论可 以证明，当测量距离趋向无限时，M达到最小值，且 为 -广。/；方法二：按教材操作，用理论公式测定被测物处于无 限远时的放大率.A.原理（I）将望远镜对无限远调焦（对本次实验，即调至最短，此时，A=0）,则镜筒长度为两焦距之和。（II）将望远镜物镜卸下，在该位置上放上长度 为Z1的十字叉丝光阑（即物距为厂。+广e；此时厶的像 在目镜前d处，若其像长为乙，贝hf sl根据横向放大率公式0 = 1 = n s根据高斯公式：=fo+f：17:在上两式中消去即可得S s fM = 所以，这种方法的关键是测量片和2Je 3B操作 (I)用移测显微镜测人乩将竖直叉丝与光阑的一边相切，测得心b将竖直叉丝移置另一边相切，测得兀2重复a、b三次，可得6个数据，填入表格，计算厶的 平均值。(II)用移测显微镜测厶的象长仏将显微镜的物镜靠近望远镜的目镜，寻找厶的象，并 调节显微镜使象清晰。重复步骤(I),也可得6个数据,填入表格。计算仏的平均