實驗34 自組裝望遠鏡 望遠鏡是一種常用的輔助視覺的光學儀器，常與其他光學儀器組合使用。 掌握其構造原理和調節方法，以及其倍率的概念和測量方法，將有助于加深對鏡頭成像規律的理解。 一、實驗目的 1、進一步了解鏡頭的成像規律。 2.掌握望遠鏡的結構、放大原理以及正確使用。 3.設計并組裝望遠鏡。 4.測量望遠鏡的目視放大倍數。 二、實驗原理 1、人眼的分辨力和光學儀器的視覺放大倍數 人眼的分辨力是描述人眼分辨兩個非常接近的物點的能力的物理量。 人眼的瞳孔半徑約為1毫米。 一般來說，正常人的眼睛在明視距離（25cm）處可以分辨出相距0.05~0.07mm的兩個點。 這兩點對人眼的視角近似，稱為分辨率極限角。 當小物體或遠處物體對人眼的視角小于這個最小極限角度時，人眼將無法區分它們，光學儀器（如放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等）需要增加物體對人眼的視角。 看法。 當顯微鏡或望遠鏡作為視覺輔助工具觀察物體時，其作用是放大人眼觀察物體的角度（視角）。 這就是助視光學儀器的基本工作原理。 在人們眼前安裝助視光學儀器。 如果同一目標通過光學儀器和眼睛組成的光學系統在視網膜上成像，則圖像的長度為 長度為 ，與之比較的稱為助視器的放大能力（視覺放大率），如圖34-1所示。
在圖 34-1 中，表示了明視距離處的物體。 H和H`是助視器的要點，直接觀察時明視距離處的視角，以及助視器在明視距離處的圖像。 分別是遠處的視角和人眼視網膜上的像長，也可作為測量和瞄準的工具。 望遠鏡也由物鏡和目鏡組成。 面向遠處物體的稱為物鏡，面向眼睛的稱為目鏡。 物鏡的焦距較長，目鏡的焦距較短。 物鏡使用反射鏡的望遠鏡稱為反射望遠鏡； 物鏡使用透鏡的望遠鏡稱為折射望遠鏡。 目鏡是會聚透鏡，稱為開普勒望遠鏡，目鏡是發散透鏡，稱為伽利略望遠鏡。 由于被觀察物體與物鏡之間的距離遠大于物鏡的焦距（u>2f0），因此在圖34-2中，是目鏡的物側焦點，像側焦點物鏡的焦點，以及明視距離處物體與眼睛之間的距離。 視角是指通過光學儀器觀察時眼睛在明視距離處的視角。 遠處物體發出的光束經過物鏡后會聚在物鏡的焦平面上，形成縮小倒立的實像。 圖像的大小由物鏡的焦距以及物體與物鏡之間的距離決定。 當焦平面與目鏡的焦平面重合時，在無窮遠處就會出現放大的倒立虛像。 用眼睛通過目鏡觀察時，就會看到這個放大的、可移動的倒立虛像。 如果物鏡和目鏡的像側焦距均為正（均為會聚透鏡），則為開普勒望遠鏡； 如果物鏡的像側焦距為正（會聚鏡），目鏡的像側焦距為負（發散鏡），則為伽利略望遠鏡。
可以計算出望遠鏡的放大倍數為(34-2)。 可見望遠鏡原理光路圖，物鏡焦距越長，目鏡焦距越短，望遠鏡的放大倍數就越大。 對于開普勒望遠鏡望遠鏡原理光路圖，放大倍數為負，系統有倒像； 而伽利略望遠鏡（）的放大倍數為正，系統具有正立圖像。 因為在實際觀察時，物體并不是真正位于無窮遠，圖像也不可能位于無窮遠，但式（34-2）仍然近似適用。 由于不同距離的物體在物鏡焦平面附近的不同位置成像，而這種成像必須在目鏡的焦距范圍內并靠近目鏡的焦平面，所以在觀察不同距離的物體時，需要調整物鏡與目鏡之間的距離，這個距離就是改變鏡筒的長度，這就是望遠鏡的調焦。 在光學實驗中，經常使用目視檢查來確定望遠鏡的目視放大倍率。 目視觀察法是指用一只眼睛觀察物體，用另一只眼睛通過望遠鏡觀察物體的圖像。 同時調整望遠鏡的目鏡，使兩者在同一平面上，無視差。 此時望遠鏡的目視放大倍數為，其中 為被測物體在物體所在平面上的虛像尺寸， 為被測物體的尺寸。 只要測出總和的比例，就可以得到望遠鏡的目視放大倍數。 3、實驗儀器光學平臺、直尺、凸透鏡、二維調整架（SZ-07）、三維調整架（SZ-16）、二維平移底座（SZ-02）、三維平移底座（SZ-01）、升降可調底座（SZ-03）、普通底座（SZ-04）、正像棱鏡（保羅棱鏡系統）、白熾光源、450玻璃框。
四、實驗內容及步驟 所需部件 1、組裝望遠鏡并測量其放大倍數 (1)用自準直法或共軛法分別測量兩個鏡片的焦距，確定物鏡和目鏡的組成。 (2)在光學平臺上搭建望遠鏡，觀察并分析其成像規律。 (3)繪制光路圖，測量并計算組裝好的望遠鏡的目視放大倍數。 2、實驗技巧（1）查閱資料，熟悉望遠鏡和顯微鏡的工作原理以及它們之間的區別。 了解物鏡和目鏡的選擇及其對視覺放大倍率的影響。 (2)目視放大倍數一般采用目視檢查來測量。 即把尺子置于無窮遠（約1.5m）處，將望遠鏡聚焦在尺子上，瞄準兩個紅色指示器之間的“E”（距離），用一只眼睛通過目鏡。 要創建虛像，請用另一只眼睛直視標尺，并調整目鏡，使兩者重疊而無視差。 經過自適應訓練，視覺系統獲得望遠鏡放大和直觀尺的疊加圖像，然后測量直觀尺在放大的紅色指示器內的長度。 像高與物高的比值就是放大倍數。 （二）可選部分 1.開普勒望遠鏡形成的圖像是倒轉的。 觀察正像，首先可以使用伽利略望遠鏡，其次可以使用直角棱鏡（保羅棱鏡，正像棱鏡）。 2.了解保羅棱鏡系統的結構，并將其組裝成正立望遠鏡。 3、查閱資料，了解顯微鏡的結構和原理，并組裝顯微鏡。 五、數據記錄與處理 1、提供望遠鏡（倒像、正像）和顯微鏡的設計光路圖。
2.給出望遠鏡和顯微鏡的目視放大倍數。 六、思考題 1、伽利略望遠鏡和開普勒望遠鏡在結構上有什么區別？ 2、在用自準直法測量焦距的實驗中，當鏡頭從遠處靠近物屏時，為什么物屏上會出現兩個圖像？ 哪一張是鏡頭的自準直圖像，如何判斷？ 天津港東科技發展有限公司 4Le θ0 圖 34-1 目鏡目視放大原理圖 圖 34-2 望遠鏡基本光路圖 物鏡