深圳大学 望远系统的搭建和参数测量

深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称： 工程光学（1）

实验项目名称： 望远系统的搭建和参数测量

学院： 光电工程学院

专业： 光电信息科学与工程

指导教师： 于斌

报告人： 学号： 组别：

实验时间： 2015年12月22日

实验报告提交时间：

教务处制

一、 实验目的与要求： 1）学习了解望远镜的构造及其原理； 2）学习测定望远镜放大倍数的方法； 3）理解分辨本领的含义。 二、 实验器材： 1） 标尺；2）干板架；3）磁力表座；4）物镜（Φ40.0，f 150.0；Φ40.0，f 200.0）； 5）一维调节滑块；6）一维调节滑块；7）目镜（Φ20.0，f 30.0；Φ20.0，f -40.0）； 8）导轨，滑块，支杆，调节支座等 三、实验原理：。 望远镜可用来观测远处的物体。最简单的望远镜由两块凸透镜组成。望远镜的前面有一块直径大、焦距长的凸透镜，名叫物镜；后面的一块透镜直径小焦距短，叫目镜。物镜把来自远处景物的光线，在它的后面汇聚成倒立的缩小了的实像，相当于把远处景物一下子移近到成像的地方。而这景物的倒像又恰好落在目镜的前焦点处，这样对着目镜望去，就好像拿放大镜看东西一样，可以看到一个放大了许多倍的虚像。这样，很远很远的景物，在望远镜里看来就仿佛近在眼前一样。 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。它是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成的，其视觉放大率大于1，形成正立的像，不需加转像系统，但无法安装分划板，应用较少，可应用于观剧，倒置伽利略望远镜可用于门镜。 开普勒望远镜是由两个正光焦度的物镜和目镜组成，因此成倒像。为使经系统形成的倒像转变成正立的像，需加入一个透镜或棱镜转像系统。因开普勒望远镜的物镜在其后焦平面上形成一个实像，故可在中间像的位置放置一分划板，用作瞄准或测量。由于开普勒望远镜各种性能优良，所以目前军用望远镜，小型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。 图3-1 开普勒望远镜光路示意图 为能观察到远处的物体，开普勒望远镜的物镜用较长焦距的凸透镜，目镜用较短焦距的凸透镜。远处射来光线（视为平行光），经过物镜后，会聚在它的后焦点外离焦点很近的地方，成一倒立、缩小的实像。目镜的前焦点和物镜的后焦点是重合的。所以物镜的像作为目镜的物体，从目镜可看到远处物体的倒立虚像，由于增大了视角，故提高了分辨能力，见图3-1。 当观测无限远处的物体时，物镜的焦平面和目镜的焦平面重合，物体通过物镜成像在它的后焦面上，同时也处于目镜的前焦面上，因而通过目镜观察时成像于无限远，此时望远镜的视觉放大率为： fo'fo???'?fefe （3-1） 由此可见，望远镜的视觉放大率?等于物镜和目镜焦距之比。若要提高望远镜的视觉放大率，可增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。 当用望远镜观测近处物体时，其成像的光路图可用图3-2来表示。图中l1、l1?和?分别为透镜Lo和Le成像时的物距和像距，?是物镜和目镜焦点之间的距离，l2、l2即光学间隔（在实用望远镜中是一个不为零的小数量）。由图3-2可得 tan??A?B?y ??O?B?l22tan?? y1y2l1AB ????l2l1?(?l1?l1??l2)O?B?l1?l1?l1?l2??l1f?'o?fFeB?A?eABy1O.Fo?B???y3A??..?O??y2LoLe 图3-2 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视觉放大率为 ???(?l1?l1??l2) tan?l1?tan?l1l2 （3-2） 在满足近轴光线和薄透镜条件前提下，利用透镜成像公式，可得 fl l??f?l'o11'o1fl l?f?l?''e22'e2为了把放大的虚像y3与物体y1直接比较，必须使y3和y1处于同一平面内，即?要求l2?l?l??l112。同时引入望远镜镜筒长度l?l??l12，并利用l1?和l2两个表达式，得 ???l1?l?fe'?fo'l1?l2 （3-3） ?????''??l1l2?l1?fo?fel和l1后， 在测出fo、fe、由式（4-3）可算出望远镜的放大率。显然当物距l1??fo时，因式(4-3)中括号内的量接近于1，式（4-3）变回式（4-1）。 望远镜的分辨本领用它的最小分辨角?来表示。由光的衍射理论，按瑞利判断可知： ??1.22?D 式中，?为照明光波的波长，D为望远镜物镜的孔径，角度?的单位是弧度。即两个物体如果对望远镜的张角小于?（理论）值。则望远镜将无法分辨它们是两个物体（两个物体重叠成一个像）。 四、实验内容与步骤： 要求：简要列出实验要求的内容和主要步骤。 1）按照图3-3组装成开普勒望远镜（物镜选择f150，目镜选择f30），调整光学元件同轴等高； 1234567 图3-3 望远镜系统装配示意图 2）将标尺安放在距离望远镜物镜大于1米处，用一只眼睛直接观察标尺，同时用另外一只眼睛通过望远镜的目镜看标尺的像，并对准标尺上两个红色标记间的区间，长度为L。经适应性练习，获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像； 3）测出红色标记内标尺的长度L?，多次重复测量，则其视觉放大率为 L????； L4）测量出望远镜的镜筒长度l和物距l1，按照公式（3-3）计算其放大率，并与实验观察出来的放大率进行比较； 5）替换物镜（f200）和目镜（f-40），搭建伽利略望远镜，重复（2）（3）（4）步； 6）由波长和物镜孔径，理论计算望远镜的最小分辨角?。

五、实验数据记录： 组号：__________________ 姓名：___ ___________ 内容一： f 0= 150.0mm f e= 30.0mm L＇（mm） l（mm） l1（mm） 测量次数 1 2 3 4 5 内容二： L（mm） f 0= 150.0mm f e= -40.0mm L＇（mm） l（mm） l1（mm） 测量次数 1 2 3 4 5 L（mm）

六、实验数据分析及思考题： 要求：对实验数据进行分析，回答实验讲义或实验现场遇到的思考题。 七、实验结论： 要求：简要总结实验所得到的结论以及实验收获。 指导教师批阅意见： 成绩评定： 指导教师签字： 年 月 日 备注： 注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。

2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。

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