短学期：简易望远镜的设计与制作

1956弗汉咐先大渗1956弗汉咐先大渗ZHEJIANGNORMALUNIVERSITY《物理实验技能训练》

实验报告题目简易望远镜的设计与制作学院数理与信息工程学院班级物理123班姓名岑泽，朱正杰，戴立学号12180319,12180338,12300127任课教师邬汝宽老师成绩二O一四年07月简易望远镜的设计与制作摘要：简易望远镜的制作是浙江师范大学数理与信息工程学院物理系专业大二下物理实验技能训练（短学期）中的一个内容，对提高物理本科生的实验技能，动手操作能力具有重要的作用。简易望远镜的制作材料简单，仅为两个一粗一细尸V。管、一转接管和两片凸透镜。但是每个人使用这简单的材料制作出来的望远镜却是各有不同，在制作的过程中激发了学生一定的创新意识，培养了一定的动手能力。本实验报告将描述的是本小组望远镜的制作，不敢说是最好的，但是能说我们是有收获的。关键词：简易望远镜；物理实验技能训练；望远镜的制作简易望远镜的制作概述制作材料材料1：表1所用材料尸V。管的一些参数PVC管直径（mm）管长（mm）管140200管250250材料2：表2所用材料透镜的一些参数透镜（凸）焦距f(mm)厚度（mm）直径(mm)目镜458.2438.14物镜2255.5640.10注：其中透镜的厚度及其直径是我们在制作望远镜的过程中为了精益求精而测量出来的数值，其他的数值是由老师给出。材料3：转接管（1个）注：原老师设定的转接管是有两个的，不过可能是因为材料的原因或者出于对望远镜成品考虑（考虑到2个转接管和1个都是能够制作望远镜的）老师改成1个转接管。制作要求要求1：要求制作的望远镜可调节观察，观察距离为1mT+8。要求2：要求在目镜观察望远镜时，其视场是满的。制作原理111原理1：一+—二—原理1：NVf原理2：F=—"f1简易望远镜的设计邬老师早上时给我们讲解了制作的材料以及制作的要求之后，让我们领取好材料后去查找资料了解相关的内容。刚开始我们是非常不适应的，但这却是一个比较好的教学方法。因为这会在这过程中学到很多东西，而不是照搬老师他自己设计的望远镜。若是这样，学生得到的那就仅仅是模仿，而没有自己的创新了。所以，我们带着材料以及要求去查找资料。2.1设计前的问题在设计望远镜之前，我们有三个问题需要解决，这些问题对于我们成功制作望远镜的意义十分重大。1、怎么样才能可调节观察，什么情况下才能观察到1m并且刚好卡住，什么情况下能观察无穷远的距离并刚好卡住。2、怎么确定观察时的视场是满的，什么情况下的视场不是满的。3、一粗一细的水管以及一个转接管如何做到活动调节，能不能用其他的材料。在开始之前我们没有想到如何安装镜片的问题，不过这个问题是我们在制作的过程中最常思考花时间思考最长的问题。查找资料有了问题我们开始上网查找资料，我们首先百度，这是每个人都会搜索的，不过所获无多。然后我们查找知网，维普以及万方等。《浅谈大学物理实验课上简易望远镜的制作》［1］这个题目一看肯定和我们制作的望远镜十分符合，并且可能是一样的。然而事实并非如此。我们又找到了《简易望远镜》［2］《简易望远镜的制作》［3］《制作简易望远镜》［4］《简易天文望远镜的制作》［5］这四个论文，我们对这四篇论文进行研究，发现《简易望远镜》中的图对我们制作望远镜非常的有启发（如下图1）。大长筒造虢图1用纸筒做成的折射望远镜从图1从我们可以很轻松地学到很多的东西，了解了一些问题。首先，透镜的安装问题。透镜的安装的难点是物镜的直径刚好约等于细尸V。管的外直径，目镜的直径小于此丫。管的直径。对于直径小于的情况，安装透镜的一个方法可以是加透镜固定片，透镜固定片的直径刚好为尸V。管的内直径。其次，可调节观察的问题。可调节观察是用精V。管套着细尸V。管，通过移动尸V。管来调节。实验原理的解析邬老师经过一上午的时间让我们去查找资料后，将于下午时间答疑，解答同学们早上经过查找文献之后产生的问题。问题很多，但邬老师不可能一一解答，所以邬老师选择了最普遍的问题来解答，或许解决了这个问题就同学们经过思考之后就解决了所有问题。我们的普遍问题是“望远镜可调节观察，观察距离为1mt+8”的含义是什么，怎样实现“满视场”。当观察距离为无穷大大时，当然不可能是数学上的无穷大，而是物理上的无穷大，物镜

的入射光线为平行线。此时物镜和目镜的距离为两透镜之间的焦距之和，且为最短，即L=f+f=45mm+225mm=270mm。min12111由一十或或Nvf111——十—二SSsf可得物镜到像111由一十或或Nvf111——十—二SSsf可得物镜到像方焦点的距离为.fs225mm义1000mm,s=—J=工290.323mm。所以此时的物镜和目镜之间的距离为最s一f1000mm一225mm2长，即L=s'+f-290.323mm+45mm氏335mm。mzx1邬老师就讲了上面的两个问题，当然他也有提到满视场的问题，不过大部分人已经被前面的惊喜被震惊了，没有顾到满视场的问题。望远镜的粗设计可调节观察问题我们对邬老师的原理讲解进行深入的阐发。由Lmax-335mm可以得出设定的物镜和目镜之间的最长距离需要为335mm，由Lmin-270mm可得设定的物镜和目镜之间的最短距离为270mm。又由于L-L-335mm-270mm-65mm可得我们设定的可移动距离maxmin为65mm，这个对我们设计望远镜是非常有用的。我们只要把可移动距离给固定好，然后再把物镜（目镜）的位置固定好，从而可以确定目镜（物镜的长度）。所以我们把可移动距离为第一步。定好可移动距离之后，把粗尸V。管做成一个圈把可移动距离固定住，做出卡距离的感觉。满视场问题满视场的问题我们在设计前是不知道的，在制作差不多完成之后我们对这个问题有了深入的理解。因为当我们差不多制作成望远镜时，我们用制作的望远镜观察时，发现人眼到目镜的距离有一个特殊的点，这个特殊的点在观察到的像是满的。这个特殊点的发现是这样的，当我们从远处离目镜越来越近的时候，目镜上的光斑是由能观察到光斑再到光斑是满的，当越来越近时光斑就慢慢变小，眼睛抵住目镜时发现光斑最小。所以我们设计时是准备差不多做完之后再确定这个点的，加上一个管子的长度即可。镜筒的放置问题我们原想根据图1中的镜筒进行摆放，但是这种摆放有一个难点，那就是粗尸V。管与细尸V。管不是恰好契合，需要在细尸V。管上加点东西才能很好的契合，然而这有些麻烦。我们根据我们原来用尸V。管插入转接管的形态，我们想，要是“能够让细3V。管在转接管内自由活动就好了”。其实这也不难，只要我们磨一下就好了。所以我们就确定使用这种方法。透镜的放置问题透镜的放置问题涉及到两个问题。一是用粗尸V。管作为目镜还是物镜，细尸V。管呢。二是透镜怎么放。经过对这两个问题的分析，我们把两透镜的直径，厚度给测量出来了（详情见第一部分的透镜参数）。我们发现目镜的直径刚好是细尸V。管的直径，粗尸V。管的直径最大。经过充分考虑，我们设定细尸V。管为目镜镜筒，粗尸V。管为物镜镜筒。目镜的放置方法为根据目镜的直径刚好是细尸V。管的直径，做出一个管子，这根管子的直径刚好能够把目镜和细尸V。管套住。制作这根管子的方法为用锯子竖着锯掉一段粗管子，然后横着锯掉一块长度，使得剩下的长度刚好包住目镜和缩V。管。然后把透明胶和两面胶把管子粘牢。物镜的放置也是差不多用这种方法，不过还需加上使用泡沫胶。简易望远镜的制作简易望远镜的制作步骤根据粗设计，我们按照下列步骤进行制作：1、磨好转接管内壁，使之细尸V。管能够在里面自由活动而无其他影响。2、在细尸V。管一端套上制作好的管子（制作该管子的方法见2.4.4透镜的放置问题），用透明胶和两面胶把管子粘牢，使距离能够卡住。3、在套好制作好的管子之后，离它65mm的地方进行标记。把细尸V。管伸进转接管，套上管子的一端放在转接管的大直径端。然后在标记65mm处套上另一制作好的管子，可自由调节的距离就被我们固定了。4、把粗尸V。管插入转接管。5、为了防止尸V。管内壁的光的反射，我们把黑纸紧紧粘在PV。管内部。6、放置目镜，确定好观察距离（即眼睛到目镜的距离），使之能够观察到的视场是满的。把制作好把目镜的管子固定好这个距离，用透明胶把这个管子包紧粘紧。7、放置物镜，根据物镜和目镜的最短距离为270mm，最长距离为335mm可以确定物镜的放置位置。当然，也可以根据实验的方法，把物镜放置于粗尸V。管内移动，当可调节距离最短时观察物理上的无穷远处时能够把远处的景物观察清晰，然后对这个位置做个记号。然后将制作好的管子套住物镜，用透明胶包紧粘牢，再用泡沫胶包一层，根据泡沫胶可压缩性把它压进粗尸V。管内部标记好的位置。3.2简易望远镜的制作成果根据上述的制作方法，一个工艺还算良好的望远镜就制作出来了。图2目镜的放置图图3物镜的放置图

图4望远镜缩短效果图图5望远镜伸长效果图如上图所示，图2为安装目镜的效果图，图3为安装物镜的效果图，图4为望远镜缩短的效果图，即观察无穷远处物体时的伸长图，图5为望远镜伸长效果图，即观察1m处物体时伸长量的图。由图1可以看出，人眼到目镜之间我们是设定一个距离的，而这个距离是刚好满足观察视场为满的要求。由图4,5可以看出，我们很完满做到了可调节观察的效果，且在观看1m和无穷远时刚好卡处。4反思与总结我们知道，这个望远镜所成的像是倒立的像，倒立的像令我们在观察的时候我是十分舒服。我们如何做成像市场上卖的望远镜玩具一样成倒立的像呢，它们是怎么做到的。这是我们在制作完成望远镜所想的问题。是否再加一个透镜就行了，或者加一块平面镜？我们有很多很多的设想，倘若我们想要做到正立的像，我想我们首先要做的一件事是查阅资料。我们本来以为我们的望远镜是很创新的，和别人全部都是不一样的。然而实际上是，不一样是一定的，相同也是不可避免的，也有同学和我们一样把转接管的接细尸V。管处打磨，让细尸V。管能够在里面自由活动，达到自由调节观察的目的。总的来说，从自由调节观察距离的方法来说，此次物理实验技能训练的方法有两种，一种是在细V。管包一层东西使之在粗尸V。管中刚好能自由活动，另一种是像我们一样打磨转接管使缅V。管在其中刚好能自由活动。这两种方