自组显微镜并测其放大率

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课程设计说明书课程名称 工程光学 题目 自组显微镜并测其放大率学院（系） 电气工程系 年级专业 学号 学生姓名 指导教师 教师职称

课程名称： 工程光学 基层教学单位： 检测教研室 指导教师:学号学生姓名（专业）班级设计题目自组显微镜并测其放大率设计技术参数1、 器材：光具座（带标尺）、透镜架2、透镜2、毫米刻度标尺2、底座2。2、 参数：机械筒长160mm思考题：1）把显微镜倒置使用会出现什么现象？设计要求1、 画出显微镜系统放大原理图，并说明组合系统对透镜的要求2、 设计组合过程中应遵循的程序及校验方法3、 绘制测量数据的表格4、 测量系统的放大率参考资料1、 《工程光学》郁道银编机械工业出版社2、 其他资料（自查）周次第二十周应宀兀成内容周一〜周二收集资料及方案论证周三〜周四绘图撰写设计说明书周五答辩指导教师签字基层教学单位主任签字TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章显微镜原理与应用 11.1显微镜原理 11.2显微镜应用 2\o"CurrentDocument"第2章实验设计及介绍 3\o"CurrentDocument"2.1显微镜的组装 4\o"CurrentDocument"2.2显微镜放大率的测定 5\o"CurrentDocument"第3章数据处理与误差分析 7\o"CurrentDocument"3.1数据处理 7\o"CurrentDocument"3.2误差分析 8\o"CurrentDocument"参考文献 10评审意见 11第1章显微镜原理与应用1显微镜原理显微镜常用于观测微小物体，其作用都是把人体的眼睛的张角（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，人眼一般能分辨在明视距离处相距0.05-0.07mm的两点，此时人眼的张角为1',为最小分辨角。当微小物体的对人眼的张角小于这个角时，人眼只能借助光学仪器才可以看清楚。光学仪器的放大能力可用视觉放大率错误！未找到引用源。；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；o o o oL为目镜，其焦距为f。将长度为y的被观测物AB放在的焦距L外且接近焦e e 1 o点处，物体通过物镜成一放大的倒立实像A/B/（其长度为y2）。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A//B//（其长度为y）。虚像A//B//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3点F之间的距离5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e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r=空巴二MD二鉴•£tanwy/Dyy121

式中，呂二—沁—=r,为目镜的视觉放大率；卷二vi=b（因v比y2Ufee 儿Ufo0 1f大得多），为物镜的线放大率。o因而式（2）可改写成「二—•—=P•厂（3）ff0ee o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f、f、5和D已知的情形下，可利用式（3）算出显微镜的视觉放大率。o e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。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35mm，目镜焦距为50mm。Iu1Iu1主要用途显微镜被用来放大微小物体的图像。一般应用于生物、医药、微观粒子等观测。利用微微动载物台之移动，配全目镜之十字座标线，作长度量测。利用旋转载物台与目镜下端之游标微分角度盘，配全合目镜之址字座标线，作角度量测，令待测角一端对准十字线与之重合，然再让另一端也重合。利用标准检测螺纹的节距、节径、外径、牙角及牙形等尺寸或外形。检验金相表面的晶粒状况。检验工件加工表面的情况。检测微小工件的尺寸或轮廓是否与标准片相符。第2章实验设计及介绍2.1显微镜的组装简单显微镜设计光路的装置图和简图分别如图所示。S'y2S'y24M1ISLoiuvS~7f7ZZi:16154M1ISLoiuvS~7f7ZZi:161514F)_24cm1—小照明光源S,2—干版架，3—微尺M](1/10mm),4—二维架或透镜架，5—物镜Lo(f'=45mm),6—二维架，7—三维调0节架，8—目镜Le(f'=29mm)，9—45。玻璃架，10—升降调节e座，11—双棱镜架，12—毫米尺M(l=30mm)，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)S

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，直至白屏上有物的等大实像，则焦距为物与白屏之间距离的。多次测量求平均值。二2二2f（f为焦距）3、 按装置图装配显微镜将物镜与目镜的距离定为24cm；在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。4、 微调微尺的位置调整微尺离物镜的距离，使它经显微镜系统成的像与毫米尺经45°玻璃板反射的像重合。要求反复调整，直到微尺的放大像与毫米尺反射像之间没有视差为止。2.2显微镜放大率的测定1、 观察仔细观察微尺的放大像和毫米尺的反射像，同时微调毫米尺的高度，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、 测量读出微尺放大像的格数所对应的毫米尺反射像的格数，需反复测量，求平均视觉放大率。3、 数据处理根据公式r=处10计算出简单显微镜的视觉放大率。将D二25cm和光学间隔a

次数物的位置(cm次数物的位置(cm)像的位置(cm)f(cm)e5二L-f-f(、和前面已经测出)代入公式「二—•—计算出简单显微镜的eoffe o测量视觉放大率，并将计算结果与观测值作一比较，计算百分误差比。第3章数据处理与误差分析3.1数据处理1、数据记录表格物镜L的位置为47.50cm，目镜L的位置为63.50cm，D=25.00cm。o e1)物距像距法测焦距次数放大格数目a对照格数目b放大率r122.1410.70233.2110.70344.2910.73455.3610.725664.2610.71测目 镜Le的焦距次数物的位置(cm)像的位置(cm)f(cm)o158.5072.563.515259.0073.103.525358.7072.643.485458.6072.703.525558.8072.823.505

158.5078.565.015258.0078.105.025358.1078.185.020457.9077.905.000557.5077.605.0252、数据处理简单显微镜视觉放大率r的计算值r计(10.70+r计(10.70+10.70+10.73+10.72+10.71〉二10.712cm；物镜物镜L、目镜L的焦距o e物镜L的焦距f:物镜L的焦距f:o o(3.515+3.525+3.485+3.525+3.505)/二3.511cm；目镜L目镜L的焦距f:e e(5.015+5.025+5.020+5.000+5.025^二5017cm简单显微镜视觉放大率r的测量值物镜L与目镜L之间的距离：L二63.50-47.50二16.00cmo e则光学间隔5为：5二L—f—f二16.00-3.50-5.00二7.50cmoe根据公式r=—•—有：r测=空0•750=10.714ff 测5.00 3.50

3.2误差分析1） 物镜L、目镜L焦距的相对误差o ef-f 15.00-5.0171E=1e标 e计X100%= X100%=0.34%£计 f 5.00e标r-r—

r测2） r-r—

r测计X100%= 10.712|X100%=0.019%10.714误差分析:1） 本实验测定显微镜放大率过程中，有很多的因素会引起实验产生误差。2） 读数时的误差：由于光学实验容易使眼睛产生疲劳，读数比较困难，因此读数误差应该是3） 实验中的主要误差；可能因透镜中所成的像并未达到最佳状态，就开始读取数据，从而造成实验误差；4） 仪器误差:可能因透镜的磨损等原因造成透镜的实际焦距与实验室所给的焦距有所偏差，在计算中造成实验理论数据偏差；5） 利用计算近似结果组装显微镜会造成误差。解决办法：1） 实验时最好换着去观察数据，一个人观测时，要尽量不要让眼睛过度疲劳；2） 当准备读取数据时，应当反复调节透镜的位置，是所成的像达到最佳状态是再读取；3） 在实验之前，最好对所要用的透镜焦距进行测定，保证透镜焦距的准确性；4）实验时最好将目镜置于光具座便于观察的一端，当调节到最佳状态并开始读取数据时，大脑以及眼应保持较稳定状态，最后认真读取数据。尽量精确处理数据。参考文献4.4节显微镜的放大本领，172页；4.5节望远镜的放大本领，174页一姚启钧一光学教程，高等教育出版社，2008年6月第四版3.3节显微镜以及3.3节望远镜101-11页一叶玉堂，饶建珍等一《光学教程》清华大学出版社，2005年8月第一版；第五章实验九，220页一王云才，李秀燕一《大学物理实验教程》，科学出版社，2003年4月第二版；第六章实验，223页一张志东，魏怀鹏，展永一《大学物理实验》，科学出版社，200