深圳大学 望远系统的搭建和参数测量
更新时间:2023-03-09 15:23:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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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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