实验1二次成像法检测薄透镜焦距实验1.1序言二次成像法检测焦距是通过两次成像，检测出相关数据，通过成像公式估算出透镜焦距。1.2实验目的（1）学会调节光学系统共轴。（2）把握薄透镜焦距的常用测定方式。（3）研究透镜成像的规律。1.3实验原理由透镜两次成像求焦距方式如下：OOLI图1-1透镜两次成像原理图当物体与死机的距离时，保持其相对位置不变，则会聚透镜放在物体与死机之间，可以找到两个位置，在蓝屏上都能见到清晰的像．如图1-1所示，透镜两位置之间的距离的绝对值为，运用物像的共扼对称性质，容易证明（1-1）上式表明．只要测出和，就可以算出．因为是通过透镜两次成像而求得的，这些方式称为二次成像法或贝塞尔法．这些技巧中不须考虑透镜本身的长度，因而用这些技巧测出的焦距通常较为确切．1.4实验步骤步骤1、按照“二次成像法检测薄透镜焦距实验”实验装配图安装实验元件。准直透镜Φ:40mmf:150mm显微目镜死机目标屏待测透镜准直透镜Φ:40mmf:150mm显微目镜死机目标屏待测透镜图1-2两次成像光路装配图步骤2、使目标板与分划板之间的距离l>4f’；步骤3、移动待测透镜，使被点亮的目标板在分划板上成一清晰的放大像，记下待测透镜的位置a1和目标板与分划板间的距离l；步骤4、再联通待测透镜，直到在像屏上成一清晰的缩小像，记下待测透镜的位置a2，判定清晰像时在像屏位置放上反射镜，当目标板成像与目标纹样完全重合时，为清晰像；步骤5、计算：步骤6、重复几次实验，估算焦距，取平均值。
实验2望远系统的搭建和参数检测实验2.1序言望远镜是帮助人们认清远处物体便于观察、瞄准与检测的一种助视仪器，通过本实验使中学生愈发了解望远镜原理，自己搭建望远镜，检测相关参数。2.2实验目的（1）学习了解望远镜的构造及原理。（2）学习测定望远镜放大倍数的方式。（3）理解辨认本领的含意，检测系统角码率。2.3实验原理望远镜是怎样把远处的景物移到我们眼前来的呢？这靠的是组成望远镜的两块透镜。望远镜的后面有一块半径大、焦距长的凸透镜，名叫目镜；前面的一块透镜半径小焦距短，叫物镜。目镜把来自远处景物的光线，在它的旁边凝聚成倒立的缩小了的虚像凸透镜成像规律实验，相当于把远处景物一下子移近到成像的地方。而这景物的倒像又刚好落在物镜的前焦点处，这样对着物镜望去凸透镜成像规律实验，就好像拿放大镜看东西一样，可以看见一个放大了许多倍的实像。这样，很远很远的景物，在望远镜里看来就如同近在眼前一样。常见望远镜可简单分为伽利略望远镜，开普勒望远镜等。伽利略发明的望远镜在人类认识自然的历史中占有重要地位。它由一个凹透镜（物镜）和一个凸透镜（目镜）构成。其优点是结构简单，能直接成正像。但自从开普勒望远镜发明后此种结构已不被专业级的望远镜采用，而多被玩具级的望远镜采用，所以又被称做观剧镜。
开普勒望远镜：原理由两个凸透镜构成。因为二者之间有一个虚像，可便捷的安装分划板，但是各类性能优良，所以目前军用望远镜，大型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。但这些结构成像是倒立的，所以要在中间降低正像系统。图2-1开普勒望远镜光路示意图为能观察到远处的物体，目镜用较变焦距的凸透镜，物镜用较短焦距的凸透镜。远处射来光线（视为平行光），经过目镜后，会聚在它的后焦点外离焦点很近的地方，成一倒立、缩小的虚像。物镜的前焦点和目镜的后焦点是重合的。所以目镜的像作为物镜的物体，从物镜可见到远处物体的倒立实像，因为减小了视角，故提升了区分能力，见图2-1。当观测无限远处的物体时，目镜的焦平面和物镜的焦平面重合，物体通过目镜成像在它的后焦面上，同时也处于物镜的前焦面上，因此通过物镜观察时成像于无限远，此时望远镜的放大率为：(2-1)由此可见，望远镜的放大率等于目镜和物镜焦距之比。若要提升望远镜的放大率，可减小目镜的焦距或减少物镜的焦距。当用望远镜观测近处物体时，其成像的光路图可用图2-2来表示。图中、和、分别为透镜和成像时的物距和像距，是目镜和物镜焦点之间的距离，即光学间隔（在实用望远镜中是一个不为零的小数目）。
由图2-2可得图2-2观察近处物体时望远镜的光路图故观察近处物体时望远镜的放大率为(2-2)在满足近轴光线和薄透镜条件前提下，借助透镜成像公式，可得为了把放大的实像与物体直接比较，必须使和处于同一平面内，即要求。同时引入望远镜物镜宽度，并借助和两个表达式，得(2-3)在测出、、和后，由式（2-3）可算出望远镜的放大率。其实当物距时，因式(2-3)中括弧内的量接近于1，式（2-3）变回式（2-1）。望远镜的区分本领用它的最小区分角来表示。由光的衍射理论知：式中，为照明光波的波长，D为望远镜目镜的孔径，角度的单位是弧度。即两个物体假如对望远镜的张角大于（理论）值。则望远镜将难以区分它们是两个物体（两个物体重叠成一个像）。2.4实验步骤步骤1、按照“望远系统的搭建和参数检测实验”实验装配图安装实验元件。双凸透镜Φ:40mmf:150mm平凸透镜Φ:25.4双凸透镜Φ:40mmf:150mm平凸透镜Φ:25.4mmf:38.1mm双凸透镜Φ:40mmf:150mm物镜平行光管图2-3望远系统的搭建和参数检测实验示意图步骤2、调节物镜和检测系统的距离，使物镜能清晰看见平行光管内的像。步骤3、通过物镜上的刻度测出平行光管内分划板两条线之间的宽度L’，L为分划板两线段间的实际宽度。
其放大率为步骤4、测出望远镜的物镜宽度l和物距l1，根据公式估算其放大率，并与实验观察下来的放大率进行比较。步骤5、替换目镜（f=200）和物镜（f=-40），搭建伽利略望远镜，重复步骤2、步骤3、步骤4。步骤6、更换平行光管目标物为码率板。通过调整望远系统逐组观察码率板，直至刚能将某单元四个方向上的腰线像全部区分清楚，而下一单元的腰线像不能全区分为止。依据此单元号和帧率板号，查表得该单元的线对数。再依照平行光管焦距f，求得待检望远系统的码率为：α=实验3显微镜搭建与光学系统帧率测量实验3.1序言显微镜主要是拿来帮助人眼观察近处的微小物体，显微镜与放大镜的区别是二级放大。通过本实验使中学生更了解显微镜的原理，自己搭建显微镜，检测相关参数。3.2实验目的（1）学习显微镜的原理及使用显微镜观察微小物体的技巧。（2）学习测定显微镜放大倍数的技巧。（3）检测显微镜的区分本领。3.3实验原理最简单的显微镜是由两个凸透镜构成。其中，目镜的焦距很短，物镜的焦距较长。它的光路如图3-1所示。图3-1简单显微镜的光路图图中的Lo为目镜（焦点在和），其焦距为；Le为物镜，其焦距为。
将宽度为y1的被观测物体AB置于Lo的焦距外且接近焦点Fo处，物体通过目镜成一放大倒立虚像(其厚度为y2)，此虚像在物镜的焦点以内，经过物镜放大，结果在明视距离D上得到一个放大的实像（其厚度为y3）。实像对于被观测物AB来说是倒立的。由图3-1可见，显微镜的放大率为（3-1）式中，（因），为物镜的放大率。（因比大得多），为目镜的放大率。为显微目镜焦点到物镜焦点之间的距离，称为目镜和物镜的光学间隔。因而式（3-1）可改写成（3-2）由式（3-2）可见，显微镜的放大率等于目镜放大率和物镜放大率的乘积。在、、和D为已知的情形下，可以借助式（3-2）算出显微镜的放大率。3.4实验步骤步骤1、按照“显微镜搭建与光学系统帧率测量实验”实验装配图安装实验元件。平凸透镜Φ:25.4mmf:38.1平凸透镜Φ:25.4mmf:38.1mm光源物镜鉴别力板图3-2组装显微镜光路图步骤2、调节透镜和物镜之间的距离，使通过物镜可以清晰看见鉴别力板内的纹样。步骤3、观测鉴别力板上线数对为10的区间，从物镜分划板上读出此区间的厚度。步骤4、计算显微镜的目镜放大率。步骤5、观察区分力板，记录还能清晰辨别的区分力板区间。步骤6、将目镜改成10倍放大倍率的显微目镜，观察区分力板可区分的范围。