大学物理实验设计性实验方案

. .普通物理实验设计性实验案实验题目：简单显微镜的设计班级：物理学 2021级2班学号： 2021433175 XX：唐洁指导教师：广萍学院物理与电子工程学院2021 年3月简单显微镜的设计要求：1. 了解显微镜的根本光学系统及放大原理，以及视觉放大率等概念；2. 学会按一定的原理自行组装仪器的技能及调节光路的法；3. 学会测量显微镜的视觉放大率；4. 简单显微镜的放大率为31.8；5. 物镜与目镜之间的距离为24cm，即光学间隔为16.6cm。序言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法，了解并掌握其放大率的概念和测量法，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。一、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角视角加以放大。显然，同一物体对人眼所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，这两点对人眼所的视角约为，称为最小分辨角。当微小物体或远处物体对人眼所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的视角。这是助视光学仪器的根本工作原理，它们的放大能力可用视觉放大率表示，其定义为1式中，为明视距离处物体对眼睛所的视角，为通过光学仪器观察时在明视距离处的成像对眼睛所的视角。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。它的光路如下列图，图中的为物镜焦点在和,其焦距为；为目镜，其焦距为。将长度为的被观测物放在的焦距外且接近焦点处，物体通过物镜成一放大的倒立实像(其长度为)。此实像在目镜的焦点以，经过目镜放图1 大，结果在明视镜上得到一个放大的虚像(其长度为)。虚像对于被观测物来说是倒立的。显微镜物镜焦点到目镜焦点之间的距离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2式中，为目镜的视觉放大率；因比大得多，为物镜的线放大率。因而式2可改写成3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、和的情形下，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20物镜和5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下列图。图2 1小照明光源，2干版架，3微尺M11/10 mm，4二维架或透镜架，5物镜Lo =45 mm，6二维架，7三维调节架，8目镜Le =29 mm，945玻璃架，10升降调节座，11双棱镜架，12毫米尺M2l=30 mm，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25cm图3 二、实验仪器型光学平台，小照明光源S，微尺，45mm物镜,29mm目镜，玻璃架，毫米尺，白光源，白屏，假设干光学支架和底座。三、实验容与步骤本实验的主要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、目镜的焦距法：物距像距法，如下列图。调节白屏在光轴上的位置，直至白屏上有物的等大实像，那么焦距为物与白屏之间距离的。屡次测量求平均值。4图43、按装置图装配显微镜根据要求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。二测量显微镜的放大率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、数据处理根据公式计算出简单显微镜的视觉放大率。将和光学间隔、和前面已经测出代入公式计算出简单显微镜的测量视觉放大率，并将计算结果与观测值作一比较，计算百分误差比。四、测量条件1. 微尺、物镜、毫米尺、目镜必须格的同轴、等高；2. 物镜与目镜之间的距离为24cm；3. 毫米尺不能离物镜太远，只能是比物镜的焦距大一点点即可；4. 白光源要放到离45玻璃架25cm处。五、实验数据记录与数据处理1.数据记录表格2、数据处理1简单显微镜视觉放大率的理论值2简单显微镜视觉放大率的测量值3物镜与目镜之间的距离L：4光学间隔为：5根据公式有：6简单显微镜视觉放大率的测量相对偏差. .word.zl.