实验34 自组装望远镜 望远镜是一种常用的辅助视觉的光学仪器，常与其他光学仪器组合使用。 掌握其构造原理和调节方法，以及其倍率的概念和测量方法，将有助于加深对镜头成像规律的理解。 一、实验目的 1、进一步了解镜头的成像规律。 2.掌握望远镜的结构、放大原理以及正确使用。 3.设计并组装望远镜。 4.测量望远镜的目视放大倍数。 二、实验原理 1、人眼的分辨力和光学仪器的视觉放大倍数 人眼的分辨力是描述人眼分辨两个非常接近的物点的能力的物理量。 人眼的瞳孔半径约为1毫米。 一般来说，正常人的眼睛在明视距离（25cm）处可以分辨出相距0.05~0.07mm的两个点。 这两点对人眼的视角近似，称为分辨率极限角。 当小物体或远处物体对人眼的视角小于这个最小极限角度时，人眼将无法区分它们，光学仪器（如放大镜、显微镜、望远镜等）需要增加物体对人眼的视角。 看法。 当显微镜或望远镜作为视觉辅助工具观察物体时，其作用是放大人眼观察物体的角度（视角）。 这就是助视光学仪器的基本工作原理。 在人们眼前安装助视光学仪器。 如果同一目标通过光学仪器和眼睛组成的光学系统在视网膜上成像，则图像的长度为 长度为 ，与之比较的称为助视器的放大能力（视觉放大率），如图34-1所示。
在图 34-1 中，表示了明视距离处的物体。 H和H`是助视器的要点，直接观察时明视距离处的视角，以及助视器在明视距离处的图像。 分别是远处的视角和人眼视网膜上的像长，也可作为测量和瞄准的工具。 望远镜也由物镜和目镜组成。 面向远处物体的称为物镜，面向眼睛的称为目镜。 物镜的焦距较长，目镜的焦距较短。 物镜使用反射镜的望远镜称为反射望远镜； 物镜使用透镜的望远镜称为折射望远镜。 目镜是会聚透镜，称为开普勒望远镜，目镜是发散透镜，称为伽利略望远镜。 由于被观察物体与物镜之间的距离远大于物镜的焦距（u>2f0），因此在图34-2中，是目镜的物侧焦点，像侧焦点物镜的焦点，以及明视距离处物体与眼睛之间的距离。 视角是指通过光学仪器观察时眼睛在明视距离处的视角。 远处物体发出的光束经过物镜后会聚在物镜的焦平面上，形成缩小倒立的实像。 图像的大小由物镜的焦距以及物体与物镜之间的距离决定。 当焦平面与目镜的焦平面重合时，在无穷远处就会出现放大的倒立虚像。 用眼睛通过目镜观察时，就会看到这个放大的、可移动的倒立虚像。 如果物镜和目镜的像侧焦距均为正（均为会聚透镜），则为开普勒望远镜； 如果物镜的像侧焦距为正（会聚镜），目镜的像侧焦距为负（发散镜），则为伽利略望远镜。
可以计算出望远镜的放大倍数为(34-2)。 可见望远镜原理光路图，物镜焦距越长，目镜焦距越短，望远镜的放大倍数就越大。 对于开普勒望远镜望远镜原理光路图，放大倍数为负，系统有倒像； 而伽利略望远镜（）的放大倍数为正，系统具有正立图像。 因为在实际观察时，物体并不是真正位于无穷远，图像也不可能位于无穷远，但式（34-2）仍然近似适用。 由于不同距离的物体在物镜焦平面附近的不同位置成像，而这种成像必须在目镜的焦距范围内并靠近目镜的焦平面，所以在观察不同距离的物体时，需要调整物镜与目镜之间的距离，这个距离就是改变镜筒的长度，这就是望远镜的调焦。 在光学实验中，经常使用目视检查来确定望远镜的目视放大倍率。 目视观察法是指用一只眼睛观察物体，用另一只眼睛通过望远镜观察物体的图像。 同时调整望远镜的目镜，使两者在同一平面上，无视差。 此时望远镜的目视放大倍数为，其中 为被测物体在物体所在平面上的虚像尺寸， 为被测物体的尺寸。 只要测出总和的比例，就可以得到望远镜的目视放大倍数。 3、实验仪器光学平台、直尺、凸透镜、二维调整架（SZ-07）、三维调整架（SZ-16）、二维平移底座（SZ-02）、三维平移底座（SZ-01）、升降可调底座（SZ-03）、普通底座（SZ-04）、正像棱镜（保罗棱镜系统）、白炽光源、450玻璃框。
四、实验内容及步骤 所需部件 1、组装望远镜并测量其放大倍数 (1)用自准直法或共轭法分别测量两个镜片的焦距，确定物镜和目镜的组成。 (2)在光学平台上搭建望远镜，观察并分析其成像规律。 (3)绘制光路图，测量并计算组装好的望远镜的目视放大倍数。 2、实验技巧（1）查阅资料，熟悉望远镜和显微镜的工作原理以及它们之间的区别。 了解物镜和目镜的选择及其对视觉放大倍率的影响。 (2)目视放大倍数一般采用目视检查来测量。 即把尺子置于无穷远（约1.5m）处，将望远镜聚焦在尺子上，瞄准两个红色指示器之间的“E”（距离），用一只眼睛通过目镜。 要创建虚像，请用另一只眼睛直视标尺，并调整目镜，使两者重叠而无视差。 经过自适应训练，视觉系统获得望远镜放大和直观尺的叠加图像，然后测量直观尺在放大的红色指示器内的长度。 像高与物高的比值就是放大倍数。 （二）可选部分 1.开普勒望远镜形成的图像是倒转的。 观察正像，首先可以使用伽利略望远镜，其次可以使用直角棱镜（保罗棱镜，正像棱镜）。 2.了解保罗棱镜系统的结构，并将其组装成正立望远镜。 3、查阅资料，了解显微镜的结构和原理，并组装显微镜。 五、数据记录与处理 1、提供望远镜（倒像、正像）和显微镜的设计光路图。
2.给出望远镜和显微镜的目视放大倍数。 六、思考题 1、伽利略望远镜和开普勒望远镜在结构上有什么区别？ 2、在用自准直法测量焦距的实验中，当镜头从远处靠近物屏时，为什么物屏上会出现两个图像？ 哪一张是镜头的自准直图像，如何判断？ 天津港东科技发展有限公司 4Le θ0 图 34-1 目镜目视放大原理图 图 34-2 望远镜基本光路图 物镜