简单显微镜的设计

1、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

2、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0.050.07mm的两点。此时，这两点对人眼所张的视角约为17,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

3、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F表示，其定义为(1)._tanw7tanw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L。为物镜（焦点在F。和F；），其焦距为f。；Le为目镜,其焦距为fe。将长度为yi的被观测物AB放在L。的焦距外且接近焦点F。处，物体通过物镜成一放大的倒立实像A/B7其长度为y2）0此实像在目镜的焦点以内，经过目镜放U2大，结果在明视镜d上得到一个放大的虚像a'

4、bQ其长度为丫3）。虚像AB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6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tanw/tanwy3/Dy3y2=-yi/Dy2yi(2)式中，以=9_定旦_=1；,为目镜的视觉放大率；"=5%2=九（因Vi比f。大得多），V2U2feyiUifo为物镜的线放大率。因而式（2）可改写成fefo(3)在fo、fe、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

5、乘积6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20X物镜和5X目镜的显微镜，它的视觉放大率=20父5=100。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。12345789116_151小照明光源S,2干物镜Lo（f'0=45mm,945°玻璃架，10升内三维平移底座，14三光源（图中未画）141324cm长3M2

6、12.-11l-r-rl-i-rt'1。1版架，3微尺M（1/10mm）,4二维架或透镜架，5-6二维架，7三维调节架，8目镜Le（f'e=29mm,睾调节座，11双棱镜架，12一毫米尺M2（l=30mm,13维平移底座，15升降调节座，16通用底座，17白S四、实验仪器GSZ-IIB型光学平台，小照明光源S,微尺M1，物镜Lo,目镜Le,450玻璃架，毫米尺M2,白光源，白屏，若干光学支架和底座。附1:GSZI旧型光学平台GSZ-IIB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

7、。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。GSZ-1旧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

8、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%。多次测量求平均值。=v=2f（f为焦距）3、按装置图装配显微镜将物镜Lo与目镜Le的距离定为24cm；在Le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M2。4、微调微尺M1的位置调整微尺Mi离物镜Lo的距离，使它经显微镜系统成的像y3与毫米尺M2经45°玻璃板反射的像S重合

9、。要求反复调整，直到微尺Mi的放大像y3与毫米尺M2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Mi的放大像和毫米尺M2的反射像，同时微调毫米尺M2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、测量读出微尺Mi放大像y3的格数b所对应的毫米尺M2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b10根据公式r=U0计算出简单显微镜的视觉放大率。将D=25cm和光学间隔a6=L-fe-f°(L、fe和f。前面已经测出)代入公式'=2.3计算出简单显微镜的fefo测量视觉放大率，并将计算结果与观测值作一比较，

10、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L。的位置为47.50cm,目镜Le的位置为71.50cm,D=25.00cm01)物距像距法测焦距次数物的位置(cm)像的位置(cm)fo(cm)158.5076.604.525259.0077.104.525358.7076.804.525458.6076.604.500558.8076.804.500测物镜Lo的焦距2)显微镜放大率次数物的位置(cm)像的位置(cm)fe(cm)158.5070.603.025258.0070.103.025358.1070.303.050457.9069.903.000557.5069.6

11、03.025测目镜Le的焦距次数放大格数目a对照格数目b放大率r126.4032.00239.8032.673412.2030.504515.0130.025618.4030.672、数据处理1）简单显微镜视觉放大率的计算值32.6730.5030.0230.675=31.172）物镜L。、目镜Le焦距的相对误差5Zfo计二i4_4.5254.5254.5254.5004.500=4.52cm物镜Lo的焦距fo:物镜焦距的相对误差:Ef。计=fo标一fo计父100%=fo标4.50-4.52100%=0.44%4.50目镜Le的焦距fe：fe计二3.0253.0253.0503.0003.02

12、5二30%m-5目镜焦距的相对误差:Efe计fe标100%2.90-3.032.90100%=4.48%3）简单显微镜视觉放大率的测量值物镜Lo与目镜Le之间的距离L=71.50-47.50=24.00cm则光学间隔6为：6=Lfofe=24.004.502.90=16.60cm根据公式r=D"有：测=25001660=31.80fefo2.904.504）简单显微镜视觉放大率的测量相对偏差100%=31.80-31.17父100%=1.98%31.80七、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

13、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、澳鸨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

14、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）澳鸨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450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

15、分析。（5分）附录1、实验操作评分标准1、按规定完成预习任务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。（15分）4、干涉条纹质量高。（20分）5、测量数据合理、记录科学。（35分）6、在规定时间内完成实验项目。（10分）7、仪器收拾整齐，仪器使用记录填写完整。（5分）附录2、实验报告评分标准1、实验名称、目的、仪器、原理的表述是否完整、合理。（15分）2、实验内容与步骤的描述是否清晰、完整、正确。（15分）3、数据记录是否完整、准确，数据处理是否正确、清楚、详尽，误差是否在允许范围内。（40分）4、实验结果分析是否正确、合理，有无改进建议。（10分）5、完成老师指定的思考题。（10分）6、文字、图和