1、五邑大學物理實驗中心五邑大學物理實驗中心哈勃望遠鏡哈勃望遠鏡背景知識背景知識n人眼無法分辨極遠處細微的物體細節，在一般人眼無法分辨極遠處細微的物體細節，在一般照明情況下，正常人的眼睛在照明情況下，正常人的眼睛在明視距離明視距離（25cm25cm）能分辨相距約能分辨相距約0.05mm0.05mm的兩個光點。當兩光點間的兩個光點。當兩光點間距小于距小于0.05mm0.05mm時，即無法分辨，我們把這個極時，即無法分辨，我們把這個極限稱為人眼的限稱為人眼的分辨本領分辨本領，這時兩光點對人眼球，這時兩光點對人眼球中心的張角約為中心的張角約為11，這張角稱為，這張角稱為視角視角。觀察物。觀察物體要想能分

2、辨細節，最簡單的方法是使視角擴體要想能分辨細節，最簡單的方法是使視角擴大，顯微鏡和望遠鏡就是為擴大人眼視角的助大，顯微鏡和望遠鏡就是為擴大人眼視角的助視光學儀器。視光學儀器。n顯微鏡顯微鏡是用來觀察和測量有限遠微小目標的工具。是用來觀察和測量有限遠微小目標的工具。光學顯微鏡根據具體用途可分為許多種類，在實光學顯微鏡根據具體用途可分為許多種類，在實驗中經常遇到的是生物顯微鏡、體視顯微鏡、工驗中經常遇到的是生物顯微鏡、體視顯微鏡、工具顯微鏡、偏光顯微鏡和讀數顯微鏡等。具顯微鏡、偏光顯微鏡和讀數顯微鏡等。n望遠鏡望遠鏡是用來幫助人們觀察遠處物體，當位于遠是用來幫助人們觀察遠處物體，當位于遠處物體的細

3、節對眼睛的視角小于人眼的分辨極限處物體的細節對眼睛的視角小于人眼的分辨極限時，人們必須借助此儀器才能分辨它。望遠鏡有時，人們必須借助此儀器才能分辨它。望遠鏡有兩種基本類型：兩種基本類型：開普勒望遠鏡開普勒望遠鏡和和伽利略望遠鏡伽利略望遠鏡。開普勒望遠鏡的目鏡和物鏡均為正透鏡。伽利略開普勒望遠鏡的目鏡和物鏡均為正透鏡。伽利略望遠鏡目鏡是負透鏡（凹透鏡），而物鏡是正透望遠鏡目鏡是負透鏡（凹透鏡），而物鏡是正透鏡。鏡。 實驗目的實驗目的n掌握測定透鏡焦距的方法掌握測定透鏡焦距的方法n掌握光學系統的共軸調節方法掌握光學系統的共軸調節方法n通過實驗掌握望遠鏡、顯微鏡的基本原理通過實驗掌握望遠鏡、顯微鏡的

4、基本原理 n設計組裝望遠鏡及顯微鏡設計組裝望遠鏡及顯微鏡n測量自組望遠鏡和顯微鏡的放大率測量自組望遠鏡和顯微鏡的放大率實驗原理實驗原理凸透鏡焦距測定凸透鏡焦距測定1、平面鏡法、平面鏡法(自準直法自準直法) faaolm平面鏡法平面鏡法 透鏡沿光軸緩慢透鏡沿光軸緩慢移動，當在物上移動，當在物上生成與生成與a等大的等大的倒立實像倒立實像a時，時，物屏與透鏡之間物屏與透鏡之間和距離即為和距離即為焦距焦距。 凸透鏡焦距測定凸透鏡焦距測定2、物距像距法、物距像距法fvu111 移動屏得到一個清晰的移動屏得到一個清晰的與物相似的倒立像與物相似的倒立像 凸透鏡焦距測定凸透鏡焦距測定3、共軛法、共軛法 fl4

5、ldlf422 凹透鏡焦距測定凹透鏡焦距測定物體經凹透鏡后被發散成物體經凹透鏡后被發散成虛像虛像, ,因此需用一凸透鏡因此需用一凸透鏡作作輔助透鏡輔助透鏡可成虛物可成虛物, ,再再經凹透鏡成實像。測出經凹透鏡成實像。測出u u，v,v,代入透鏡成像公式即可代入透鏡成像公式即可求得凹透鏡焦距求得凹透鏡焦距f fuvvuf凹望遠鏡原理（開普勒型）望遠鏡原理（開普勒型）n物鏡和目鏡組成，物鏡將無限遠的物成實像于焦物鏡和目鏡組成，物鏡將無限遠的物成實像于焦平面，物鏡的像方焦點與目鏡的物方焦點重合，平面，物鏡的像方焦點與目鏡的物方焦點重合，因此目鏡將物鏡所成的實像放大到無窮遠。因此目鏡將物鏡所成的實像放

6、大到無窮遠。望遠鏡原理（開普勒型）望遠鏡原理（開普勒型）視角放大率理論值：視角放大率理論值：eooefffyfy/tantan適用條件：物體無窮遠適用條件：物體無窮遠eoffl物像共面時的視放大率物像共面時的視放大率l l lyy實像y物距l1fofooooefefeoofooofooofooofooofooofofooofooefefeoefefeoefefeoefefeoefe實像ylyly tan,tan)()(1oeeotflflffyy 顯微鏡原理顯微鏡原理n物體位于物鏡（物體位于物鏡（objective）前方，離開物鏡的距離）前方，離開物鏡的距離大于物鏡的焦距，但小于兩倍物鏡焦距。

7、大于物鏡的焦距，但小于兩倍物鏡焦距。n經物鏡以后，物體形成一個倒立的放大的實像經物鏡以后，物體形成一個倒立的放大的實像i1。i1靠近目鏡（靠近目鏡（eyepiece）焦點）焦點fe的位置上，再經目鏡放的位置上，再經目鏡放大為虛像大為虛像i2后供眼睛觀察。后供眼睛觀察。視角放大率理論值視角放大率理論值)mm(250長度單位eoffeoffl光學元件的共軸調節光學元件的共軸調節 薄透鏡成像公式僅在近軸條件下成立薄透鏡成像公式僅在近軸條件下成立, ,物距、像物距、像距是沿著主光軸計算長度的距是沿著主光軸計算長度的, ,透鏡及各元件的主透鏡及各元件的主光軸應該重合，并且物體位于透鏡的主光軸附近。光軸應

8、該重合，并且物體位于透鏡的主光軸附近。粗調粗調將光源、物體、透鏡靠攏，調節它們的將光源、物體、透鏡靠攏，調節它們的取向和高低左右位置，憑眼睛觀察，使取向和高低左右位置，憑眼睛觀察，使它們的中心處在同一直線上它們的中心處在同一直線上細調細調以透鏡成像規律為依據，利用共軛以透鏡成像規律為依據，利用共軛原理細調原理細調（1）按圖放置物，透鏡和像屏，使得）按圖放置物，透鏡和像屏，使得d4f，然后固定物和像屏，然后固定物和像屏的位置；的位置；（2）當移動透鏡到）當移動透鏡到o1和和o2兩處時，屏上分別得到放大和縮小的兩處時，屏上分別得到放大和縮小的像。物點像。物點b處在主光軸上，它的兩次成像位置重合于處

9、在主光軸上，它的兩次成像位置重合于b處；物點處；物點p如不在主光軸上，它的兩次成像位置如不在主光軸上，它的兩次成像位置p和和p分開。當分開。當p點在主點在主光軸上方時，放大的像光軸上方時，放大的像p在縮小的像在縮小的像p點的下方。反之，則表點的下方。反之，則表示示p點在主光軸的下方。調節物點的高低，使經過透鏡兩次成像點在主光軸的下方。調節物點的高低，使經過透鏡兩次成像的位置重合，即達到了同軸等高。的位置重合，即達到了同軸等高。（3）如果固定物點的位置，調節透鏡的高度也可以出現步驟）如果固定物點的位置，調節透鏡的高度也可以出現步驟（2）所述的現象，根據觀察到的透鏡兩次成像的位置關系，判）所述的現

10、象，根據觀察到的透鏡兩次成像的位置關系，判斷透鏡中心是偏高還是偏低，最后將系統調成同軸等高。斷透鏡中心是偏高還是偏低，最后將系統調成同軸等高。實驗內容實驗內容自準法測量凸透鏡焦距自準法測量凸透鏡焦距白熾燈光源白熾燈光源s白熾燈光源白熾燈光源s品字型物像屏品字型物像屏p品字型物像屏品字型物像屏p待測凸透鏡待測凸透鏡l待測凸透鏡待測凸透鏡l平面發射鏡平面發射鏡m平面發射鏡平面發射鏡m實驗內容實驗內容n自組望遠鏡自組望遠鏡1.1.標尺標尺3.3.二維架二維架: sz-07: sz-075.5.二維架二維架: sz-07: sz-077.7.二維平移底座：二維平移底座：sz-02sz-0276lo12

11、fole3452.2.物鏡物鏡lo o: : fo o= 225mm= 225mm4.4.目鏡目鏡le e: : fe e= 45mm= 45mm6.6.二維平移底座：二維平移底座：sz-02sz-02物鏡物鏡目鏡目鏡標尺標尺實驗內容實驗內容n自組望遠鏡自組望遠鏡1.參照光路圖組成望遠鏡，向參照光路圖組成望遠鏡，向3米遠處的標尺調焦，使米遠處的標尺調焦，使標尺的像清晰可見，并對準兩個紅色指標間的標尺的像清晰可見，并對準兩個紅色指標間的“e”字字(距離為距離為d1=5cm)；2.觀察者用一只眼睛觀察望遠鏡視場中標尺的像，另觀察者用一只眼睛觀察望遠鏡視場中標尺的像，另一只眼睛直接注視標尺，在一只眼

12、睛直接注視標尺，在視覺系統獲得被望遠鏡視覺系統獲得被望遠鏡放大的和直觀的標尺的疊加像放大的和直觀的標尺的疊加像，再測出放大的紅色，再測出放大的紅色指標內直觀標尺的長度指標內直觀標尺的長度d2。3.求出自組望遠鏡的放大率，并與計算出的放大率作求出自組望遠鏡的放大率，并與計算出的放大率作比較。比較。4.改變標尺與望遠鏡距離重新調節測量。改變標尺與望遠鏡距離重新調節測量。12dd實際實驗內容實驗內容n自組顯微鏡自組顯微鏡1. 小照明光源：小照明光源：sz-502. 干版架：干版架：sz-123. 分劃版：分劃版：1/10 mm4. 二維架：二維架：sz-075. 物鏡物鏡lo： fo o=45 mm

13、6. 二維調節架：二維調節架：sz-077. 三維調節架：三維調節架：sz-168. 目鏡目鏡le： fe e =29 mm9. 45玻璃架：玻璃架：sz-4510.升降調節座：升降調節座：sz-0311.雙棱鏡架：雙棱鏡架：sz-419b8lefe5f0713lo32m11s1416415m211121024cm12.毫米尺：毫米尺：l=30 mm13.二維平移底座：二維平移底座：sz-0214.二維平移底座：二維平移底座：sz-0215.升降調節座：升降調節座：sz-0316.通用底座：通用底座：sz-0417.白光源：白光源：gy-6a實驗內容實驗內容n自組顯微鏡自組顯微鏡1.1.按光路

14、圖布置各器件，目測調至共軸。按光路圖布置各器件，目測調至共軸。2.2.調節光源、微尺、物鏡和目鏡之間的距離，在顯調節光源、微尺、物鏡和目鏡之間的距離，在顯微鏡系統中得到清晰的放大的微尺的像。微鏡系統中得到清晰的放大的微尺的像。3.3.在目鏡之后置一與主光軸成在目鏡之后置一與主光軸成4545角的平玻璃板角的平玻璃板（半透半反），距此玻璃板（半透半反），距此玻璃板25cm25cm處置一白光源照處置一白光源照明的毫米尺。明的毫米尺。4.4.測量顯微鏡的放大率：通過顯微鏡能看到微尺的測量顯微鏡的放大率：通過顯微鏡能看到微尺的放大像，這個像與半透半反鏡所成的標尺的像在放大像，這個像與半透半反鏡所成的標尺的像在同一平面上，從這兩個像的大小之比求