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1、典型光學(xué)系統(tǒng),第一節(jié)：人眼,人眼的結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,黃斑,盲點,,角膜,前室,虹彩,,視軸,,后室,,水晶體,,鞏膜,,脈絡(luò)膜,,視網(wǎng)膜,,,,,,簡約眼,,,,n = 1.33,n = 1.0,,,R =5.56,,,R =9.7mm,眼睛簡化成一個折射球面的模型，即簡約眼,折射面的曲率半徑 像方介質(zhì)的折射率 網(wǎng)膜的曲率半徑 物方焦距 像方焦距 光焦度,,5.56mm 1.333 9.7 mm -16.70mm 22.26 mm 59.88D,,人眼與照相機(jī),眼睛如同一只自動變焦和自動改變光圈大小的照相機(jī)。從光學(xué)角度看，眼睛
2、中三個最重要的部分是水晶體、瞳孔和網(wǎng)膜，它們分別對應(yīng)與照相機(jī)中的鏡頭、光闌和底片。,,,,,,f = -17mm,f = 23mm,簡約眼模型,或：,,顯微系統(tǒng)的構(gòu)成,照明系統(tǒng)成像系統(tǒng) 成像系統(tǒng)= 物鏡目鏡,第二節(jié)：顯微鏡結(jié)構(gòu)及其原理,顯微鏡構(gòu)成：由物鏡組Lo和目鏡組Le構(gòu)成。物鏡的焦距小于目鏡的焦距，且物鏡和目鏡的焦距都很短，目鏡通常用惠更斯目鏡(它的消色差效果較好)。Lo與Le間隔比它們各自的焦距大得多。,簡化：為簡單起見，將物鏡和目鏡各以單獨一塊會聚（凸）薄透鏡表示。,顯微鏡工作原理,,,,,,,,,,,,,機(jī)械筒長：從顯微鏡的鏡筒中抽出目鏡和物鏡，留下的鏡筒的長度，其值一般為16019
3、0mm。我國為160mm。,2、幾個概念,光學(xué)筒長：目鏡和物鏡之間的光學(xué)間隔 D .,1、結(jié)構(gòu),一、基本結(jié)構(gòu),二、光束限制,孔徑光闌：因物鏡而異。 單組低倍物鏡，其鏡框即為孔徑光闌； 多組透鏡構(gòu)成的復(fù)雜物鏡，或者以最后一組透鏡框作為孔徑光闌，或者在物鏡的像方焦平面上或附近設(shè)置專門的孔徑光闌。 視場光闌：通常設(shè)置在物鏡的像平面上。 入窗和入瞳重合，可以保證消除漸暈。 視場光闌的大小等于物面的視場可見范圍與物鏡的垂軸放大率的乘積。,三、分辨本領(lǐng),1、分辨率,,顯微鏡剛好能夠分辨的物平面上兩點的最小距離。,2、表示,N.A. (Numeric aperture) 稱為數(shù)值孔徑。,不發(fā)光物體被別的光源
4、照明:,斜照明:,四、 顯微鏡的放大本領(lǐng),F1外側(cè)：待觀察的目的物置物鏡的物方焦平面的外側(cè)，且靠得很近，使之成實像，且橫向放大率1盡量大，這時 s1 f1,F2內(nèi)側(cè)：實像置目鏡物方焦平面內(nèi)側(cè)很近處，使之在明視距離處成虛像，且2 盡量大 ，這時 s2 f2,3.放大本領(lǐng),1.視角:,2.物鏡的橫向放大率:,理論公式,經(jīng)常采用近似,,3、顯微鏡成像特點,(4) 顯微鏡因為有中間實像，能實現(xiàn)對物體的瞄準(zhǔn)和測量。 (5) 通過目鏡的離焦，可以將微小物體二次成放大的實像進(jìn)行顯示或記錄。,(1) 有高的放大率； (2) 眼睛和像的位置適度，適于使用； (3) 通過調(diào)換物鏡和
5、目鏡可以方便地獲得顯微鏡的多種放大率(或分辨率) ；,顯微鏡實質(zhì)上就是一個組合的放大鏡,第三節(jié)： 望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)及其原理,一、基本結(jié)構(gòu)望遠(yuǎn)鏡,1、Kepler望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu),2、Galileo望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu),物鏡和目鏡均由正透鏡構(gòu)成,鏡筒內(nèi)存在實像。,可設(shè)置視場光闌，消漸暈 可設(shè)置分劃板,測量物體大小 系統(tǒng)成倒像,目鏡由負(fù)透鏡構(gòu)成,鏡筒內(nèi)不存在實像。,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，筒長短,成正立像 不可設(shè)置分劃板,測量物體大小 存在漸暈,Fe (Fo),二、光束限制望遠(yuǎn)鏡,以Kepler望遠(yuǎn)鏡為例 孔徑光闌：物鏡框。,視場光闌：通常設(shè)置在物鏡的像平面上。,視場光闌的大小等于物方視場角與物鏡焦距的乘積。,三、分辨本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡
6、,1、分辨極限,,望遠(yuǎn)鏡物鏡像面上剛好能夠分辨的兩點的最小距離。,2、表示,FNum稱為物鏡的F數(shù), D/fo稱為相對孔徑。,視角放大率,,四、放大本領(lǐng),望遠(yuǎn)鏡是將像“拉近”放大視角； 顯微鏡是將像“放大”而放大視角。,顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡都是增大被測物體對人眼的張角。 1、內(nèi)容：顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的視角放大率M的定義,第二部分 實驗內(nèi)容及操作要求,(1)顯微鏡放大率的理論值:,式中：Mo是物鏡放大率；Me是目鏡放大率； f o是物鏡象方焦距；f e是目鏡方焦距； 是光學(xué)間隔，so=-25cm為明視距離。 由上式可知： 當(dāng)f o 、f e越小，M越大； 當(dāng)f o 、f e 確定后，
7、越大(鏡筒越長)，M就越大 (2)望遠(yuǎn)鏡放大率的理論值：,這是對無窮遠(yuǎn)聚焦(=0)后得出的結(jié)論，所以在實際觀察時，上式只是一個近似成立的式子。因為被觀察物并不真正位于無窮遠(yuǎn)處。,(3)粗測顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡放大率的方法,原則上利用放大率的理論值公式都可以計算顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡的放大率。但由于式中的焦距和一般不容易找到。故用公式求放大率較困難。所以通常利用視角的公式來粗測顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡的放大率。 一般 情況下，測量時的視角都很小，所以可以用它們的正切來代替。即,如圖，以顯微鏡為例。,2.(測量)操作要求：(測量本身是粗測,本實驗的所有內(nèi)容都不作誤差計算),(1)測顯微鏡的放大率(按教材進(jìn)行P46) a
8、將目鏡放到最低（十字叉絲清楚與否不考慮），測量5次，求平均值 b 將目鏡拉上一個高度（改變鏡筒長）再測量5次，求平均值。 問：通以以上兩次測量。你可以得到什么結(jié)論？,(2)測望遠(yuǎn)鏡的放大率,方法一 a.將標(biāo)尺置于望遠(yuǎn)鏡前約1米處，用一只眼睛從望遠(yuǎn)鏡中觀察，另一只眼睛不通過望遠(yuǎn)鏡而直接觀察，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡使成象最為清晰，仿照測顯微鏡的放大率的方法，測出象上某一段分度lo，相當(dāng)于另一只眼睛直接看到的標(biāo)尺上的分度l ，則根據(jù)定義可得，,重復(fù)5次，求平均值。,b.將標(biāo)尺置于望遠(yuǎn)鏡前2米處，再按步驟a的測量，求平均值。 問：通過以上兩次測量，你可以得到什么結(jié)論？ 答：望遠(yuǎn)鏡的放大率M隨距離的增大而減小。理論
9、可以證明，當(dāng)測量距離趨向無限時，M達(dá)到最小值，且為M= f o / f e,方法二：按教材操作，用理論公式測定被測物處于無限遠(yuǎn)時的放大率.,A.原理（I)將望遠(yuǎn)鏡對無限遠(yuǎn)調(diào)焦（對本次實驗，即調(diào)至最短，此時，=0），則鏡筒長度為兩焦距之和。 (II)將望遠(yuǎn)鏡物鏡卸下，在該位置上放上長度為l1的十字叉絲光闌（即物距為f o+ f e；此時l1的像在目鏡前d處，若其像長為l2，則：,根據(jù)橫向放大率公式,根據(jù)高斯公式：,在上兩式中消去d 即可得,所以，這種方法的關(guān)鍵是測量l1和l2,B.操作 (I)用移測顯微鏡測l1 a. 將豎直叉絲與光闌的一邊相切，測得x1 b.將豎直叉絲移置另一邊相切，測得x2 重復(fù)a、b 三次，可得6個數(shù)據(jù)，填入表格，計算l1的平均值。 (II)用移測顯微鏡測l1的象長l2 將顯微鏡的物鏡靠近望遠(yuǎn)鏡的目鏡，尋找l1的象，并調(diào)節(jié)顯微鏡使象清晰。重復(fù)步驟（I），也可得6個數(shù)據(jù)，填入表格。計算l2的平均值。 C. 數(shù)據(jù)處理,復(fù)習(xí)思考題 P 49,第一題,注意事項： (1)測顯微鏡的放大率和“方法一”測望遠(yuǎn)鏡放大率時，兩只眼睛所承擔(dān)的工作是不同的 ，要同時進(jìn)行正常觀察，先要鍛煉幾次，使眼睛能適應(yīng)后，再作正式測量。 (2)“方法2”中要卸下望遠(yuǎn)鏡物鏡，要將整個物鏡套卸下，并放在妥當(dāng)?shù)牡胤?，防止掉在地上而摔破?
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