自组显微镜并测其放大率

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课程设计说明书

课程名称 工程光学 题 目 自组显微镜并测其放大率

学院（系） 电气工程系

年级专业

学 号

学生姓名

指导教师

教师职称

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。 2欢迎下载 课程名称： 工程光学

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。 3欢迎下载 目 录

第1章 显微镜原理与应用 (1)

1.1 显微镜原理 (1)

1.2 显微镜应用 (2)

第2章 实验设计及介绍 (3)

2.1 显微镜的组装 (4)

2.2 显微镜放大率的测定 (5)

第3章 数据处理与误差分析 (7)

3.1 数据处理 (7)

3.2 误差分析..............................................................................8 参考文献..................................................................... 10 评审意见 (11)

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。 1 1欢迎下载 第1章 显微镜原理与应用

1.1 显微镜原理

显微镜常用于观测微小物体，其作用都是把人体的眼睛的张角（视角）加以放大。显然，同一物体对人眼所张的视角与物体离人眼的距离有关。在一般照明条件下，人眼一般能分辨在明视距离处相距0.05-0.07mm 的两点，此时人眼的张角为1’，为最小分辨角。当微小物体的对人眼的张角小于这个角时，人眼只能借助光学仪器才可以看清楚。光学仪器的放大能力可用视觉放大率错误!未找到引用源。 ；式中，w 为明视距离处物体对眼睛所张的视角，/w 为通过光学仪器

观察时在明视距离

最简单的显微镜是由两个凸透镜构成的。其中，物镜的焦距很短，目镜的焦距较长。它的光路如图所示，图中的o L 为物镜（焦点在o F 和/o F ）,其焦距为o f ；e L 为目镜，其焦距为e f 。将长度为1y 的被观测物AB 放在的焦距o L 外且接近焦点处，物体通过物镜成一放大的倒立实像//B A (其长度为2y )。此实像在目镜的焦点以内，经过目镜放大，结果在明视镜D 上得到一个放大的虚像////B A (其长度为3y )。虚像////B A 对于被观测物AB 来说是倒立的。显微镜物镜焦点/F 到目镜焦点e F 之间的距离δ称为物镜和目镜的光学间隔。当显微镜中能看到物体清晰图像时，物镜前端面到被测物的距离叫做显微镜的工作距离。为获得清晰的图像而调节显微镜与被观测物的距离称之为调焦。

由图可见，显微镜的视觉放大率为1

22313///tan tan y y y y D y D y w w ?===Γ

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。 2 2欢迎下载 式中，e e f D u D y y Γ=≈=223，为目镜的视觉放大率；01112βδ=≈=o

f u v y y （因1v 比o f 大得多），为物镜的线放大率。

因而式（2）可改写成e o

e f f D Γ?=?=Γ0βδ（3） 由式（3）可见，显微镜的放大率等于物镜放大率和目镜视觉放大率的乘积。在o f 、e f 、δ和D 已知的情形下，可利用式（3）算出显微镜的视觉放大率。

显微镜通常配有一套不同放大率的物镜和目镜，可供选用。例如，使用20×物镜和5×目镜的显微镜，它的视觉放大率。一般显微镜的放大率为几十倍到几百倍。

根据式（3）可知，显微镜的镜筒越长，物镜和目镜的焦距越短，放大率就越大。同时受光学底座尺寸的限制，故实验中所选的物镜焦距为35mm ，目镜焦距为50mm 。

图一 显微镜光路图

D

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。 3 3欢迎下载 主要用途

显微镜被用来放大微小物体的图像。一般应用于生物、医药、微观粒子等观测。

(1)利用微微动载物台之移动，配全目镜之十字座标线，作长度量测。

(2)利用旋转载物台与目镜下端之游标微分角度盘，配全合目镜之址字座标线， 作角度量测，令待测角一端对准十字线与之重合，然再让另一端也重合。

(3)利用标准检测螺纹的节距、节径、外径、牙角及牙形等尺寸或外形。

(4)检验金相表面的晶粒状况。

(5)检验工件加工表面的情况。

(6)检测微小工件的尺寸或轮廓是否与标准片相符。

第2章 实验设计及介绍

2.1 显微镜的组装

简单显微镜设计光路的装置图和简图分别如图所示。

3'S 2y

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。 4 4欢迎下载

1－小照明光源S ，2－干版架，3－微尺M 1（1/10 mm ），4－二维架或透镜架，5－物镜Lo （0'f =45 mm ），6－二维架，7－三维调节架，8－目镜Le （e 'f =29 mm ），9－45°玻璃架，10－升降调节

座，11－双棱镜架，12－毫米尺M 2（l =30 mm ），13－三维平移底座，14－三维平移底座，15－升降调节座，16－通用底座，17－白光源（图中未画）S

1、将各光学元件沿着光学平台上的标尺固定在相应的支架上，夹好、靠拢，调同轴等高

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。 5 5欢迎下载 注意：各光学元件的高度通过目测调节好后，在固定前同时应确保各光学元件与 相应光学底座的某一边保持平行，便于调节光路。

2、测物镜、目镜的焦距

方法：物距像距法，如图所示。调节白屏在光轴上的位置，直至白屏上有物的 等大实像，则焦距为物与白屏之间距离的。多次测量求平均值。

)(2为焦距f f v u ==

3、按装置图装配显微镜

将物镜与目镜的距离定为24cm ；在之后放置一与光轴成45°角的平玻璃

板，距此玻璃板25cm 处放置一白光源（图中未画出）照明的毫米尺。

4、微调微尺的位置

调整微尺离物镜的距离，使它经显微镜系统成的像与毫米尺经45°玻

璃板反射的像重合。要求反复调整，直到微尺的放大像与毫米尺反射像之

间没有视差为止。

2.2 显微镜放大率的测定

1、观察

仔细观察微尺的放大像和毫米尺的反射像，同时微调毫米尺的高度， 让

其反射像中的某一格对准被测物放大像的某一格，便于读数。

2、测量

读出微尺放大像的格数所对应的毫米尺反射像的格数，需反复

测量，求平均视觉放大率。

3、数据处理

根据公式a

b 10?=Γ计算出简单显微镜的视觉放大率。将cm D 25=和光学间隔 o e f f L --=δ（、和前面已经测出）代入公式o e f f D δ?=

Γ'计算出简单显微镜的 测量视觉放大率，并将计算结果与观测值作一比较，计算百分误差比。

S

。 6 6欢迎下载 第3章 数

据处理与误差分析

3.1 数据处理

1、数据记录表格

物镜o L 的位置为47.50cm ，目镜e L 的位置为63.50cm ，cm D 00.25=。

1）物距像距法测焦距

镜e L 测目的焦

距

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。

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2、数据处理

1）简单显微镜视觉放大率Γ的计算值

()；

计cm 712.105

71.1072.1073.1070.1070.105

5

1

=++++=Γ

=

Γ∑=i i

2）物镜o L 、目镜e L 的焦距 物镜o L 的焦距o f ：

()；

计cm f

f i oi

o 511.35

505.3525.3485.3525.3515.35

5

1

=++++==

∑=

目镜e L 的焦距e f ：

()cm f

f i ei

e 017.55

025.5000.5020.5025.5015.55

5

1

=++++==

∑=计；

3）简单显微镜视觉放大率Γ的测量值

物镜o L 与目镜e L 之间的距离:cm L 00.1650.4750.63=-= 则光学间隔δ为：cm f f L e o 50.700.5-50.3-00.16==--=δ 根据公式o e f f D δ?=

Γ'有：714.1050

.350.700.500.25=?=Γ测

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