望远镜、显微镜的设计与组装
一． 引言
显微镜和望远镜是近代科学技术的两项伟大发明，它们将人类的视觉延伸到了更加宽广的微观和宏观世界，具有划时代的意义。显微镜和望远镜是常用光学仪器，具有广泛的应用范围。它们的构造看似简单，却蕴含着极其丰富的理论知识。了解他们的构造原理，并自己动手设计、组装显微镜和望远镜，不仅有助于加深理解透镜成像规律，也有助于调整和使用其他光学仪器。为了掌握显微镜和望远镜的基本参数与设计关系；为了学会正确组装显微镜和望远镜以及调节使用方法；为了学习视放大率等概念并掌握其测量方法，我设计了本次实验并完成论文。
二．实验原理
显微镜
显微镜的基本光学系统和成像光路图（图1）
（1） 显微镜基本构造：显微镜由两个凸透镜，一个做物镜L0，一
个做目镜。其基本光学系统如上图所示，位于物镜焦点外的微小物体y经物镜后成一放大倒立的实像y′，再经目镜放大成虚像于无穷远处，两次放大都使张角增大，所以物镜焦距很短，相比之下目镜焦距较长。
（2）视放大率M理论：像对人眼的张角w′的正切与物在明视距离
D=250mm处时对人眼的张角w的正切之比，即：M理论=tan w′/ tan
w
由于tan w′=y′/fe′ tan w′=y/D M理论=M0Me
其中M0为放大率，Me为目镜放大率
望 远 镜
望远镜的基本光学系统和成像光路图（图2）
（1） 望远镜和的基本结构：由物镜L0和目镜Le
组成。其基本光学
系统如上图所示。远处物体经物镜后在物镜像方焦平面上成一倒立缩小的实像，再经目镜将此实像放大成像于无穷远处，使其视角增大。
（2） 视放大率M理论：像对人眼的张角w′的正切与物在明视距离
D=250mm处时对人眼的张角w的正切之比，即：M理论=tan w′/ tan
w
由于tan w′=y′/fe′ tan w′=y′/fe′ 所以M理论= fe′/ fe′
三.简单方案及参数
（1）显微镜的简单方案及参数：在本实验中，有两组显微镜，其组装大致与图1一致，明视距离D=250mm，△=160~190mm，出瞳15~40mm
一组：f25ⅹf15：目镜焦距参数160mm+25mm+15mm=20cm 二组：f25ⅹf50：目镜焦距参数160mm+25mm+50mm=23.5cm M=D△/ fe′fe′
在确定焦距并组装实验后，用上述公式求得显微镜放大倍数。可以看出：光学间隔越大，物镜目镜焦距越短，显微镜的放大倍数越大。
（2） 望远镜的简单方案及参数：在本实验中，要组装三组望远镜，
两组开普勒望远镜，一组伽利略望远镜。
开普勒望远镜：f100ⅹf25 f200ⅹf30
伽利略望远镜：f200ⅹf-30
由于M理论= fe′/ fe′ 开普勒望远镜的放大率分别为4倍，
6.6倍
伽利略望远镜的放大率为6.6倍
四.实验装置
光具座，凸透镜一组（焦距分别为f15，f25，f50，f100，f200），凹透镜一个f-30，透明标尺，钢尺，平面反射镜，观察屏，台灯。
五.实验内容及效果
第一组显微镜：
1.将光具座放在明亮的环境中，将f25，f15，观察物放在上面，并将三者调节到等高共轴，观察物本身有6.5cm
2.将f25凸透镜作为目镜调节带零刻度线处，根据成像公式确定的出瞳的轴像位置而定的焦距参数△=20cm，将f15凸透镜放在读数为20cm处
3.在轴线上观察，眼睛距目镜距离大致为2.5cm，调节物距，反复加以比较，知道调整到观察物的像放大到最粗最清晰且无变形，记录下此时物镜的刻度为28.45cm，
4.观察到一个清晰的放大正立的像，则此时物距为28.45-6.5-20=1.95cm，带入公式得放大倍率为10倍。
第二组显微镜：
1.将光具座放在明亮的环境中，将f25，f50，观察物放在上面，并将三者调节到等高共轴，观察物本身有6.5cm
2.将f25凸透镜作为目镜调节带零刻度线处，根据成像公式确定的出瞳的轴像位置而定的焦距参数△=23.5cm，将f50凸透镜放在读数
为20cm处
3.在轴线上观察，眼睛距目镜距离大致为2.5cm，调节物距，反复加以比较，知道调整到观察物的像放大到最粗最清晰且无变形，记录下此时物镜的刻度为36.35cm，
4.观察到一个清晰的放大正立的像，则此时物距为36.35-6.5-23.5=6.35cm，带入公式得放大倍率为3倍。
第一组开普勒望远镜：
1.将光具座放在明亮的环境中，将f25，f100，观察物放在上面，并将三者调节到等高共轴
2.将观察物尽可能放到最远，调节目镜，物镜，反复加以比较，物镜与目镜间距为100+25+2=127cm左右
3.在轴线上观察，移动目镜，使得从目镜中能看见清晰的黑白间隔的观察物的像，然后一只眼睛从望远镜外直接观察黑白间隔观察物，另一只眼睛通过望远镜观察标尺版的像，一边轻轻上下晃晃眼睛，一边慢慢移动目镜位置，达到无视差效果，比较内外相差比，记录下此时目镜，物镜刻度。
4.此时观察到的是一个放大的倒立的清晰虚像，内外比为1：4.7.目镜刻度为14.55cm，物镜刻度为143cm，此时目镜焦距为14.55cm，物镜焦距为118.45cm，带入公式得M=4.9（M理论值为4倍）
第二组开普勒望远镜：
1.将光具座放在明亮的环境中，将f30，f200，观察物放在上面，
并将三者调节到等高共轴
2.将观察物尽可能放到最远，调节目镜，物镜，反复加以比较，物镜与目镜间距为300+30+2=332cm左右
3.在轴线上观察，移动目镜，使得从目镜中能看见清晰的黑白间隔的观察物的像，然后一只眼睛从望远镜外直接观察黑白间隔观察物，另一只眼睛通过望远镜观察标尺版的像，一边轻轻上下晃晃眼睛，一边慢慢移动目镜位置，达到无视差效果，比较内外相差比，记录下此时目镜，物镜刻度。
4.此时观察到的是一个放大的倒立的清晰虚像，内外比为1：8.9.目镜刻度为26.25cm，物镜刻度为143cm，此时目镜焦距为26.25cm，物镜焦距为116.75cm，带入公式得M=8.5（M理论值为6.7倍） 伽利略望远镜：
1.将光具座放在明亮的环境中，将f-30，f200，观察物放在上面，并将三者调节到等高共轴
2.将观察物尽可能放到最远，调节目镜，物镜，反复加以比较，物镜与目镜间距为200-30+2=172cm左右
3.在轴线上观察，移动目镜，使得从目镜中能看见清晰的黑白间隔的观察物的像，然后一只眼睛从望远镜外直接观察黑白间隔观察物，另一只眼睛通过望远镜观察标尺版的像，一边轻轻上下晃晃眼睛，一边慢慢移动目镜位置，达到无视差效果，比较内外相差比，记录下此时目镜，物镜刻度。
4.此时观察到的是一个放大的正立的清晰虚像，内外比为1：9.1.
目镜刻度为14.55cm，物镜刻度为143cm，此时目镜焦距为14.55cm，物镜焦距为118.45cm，带入公式得M=8.9M理论值为6.7倍）
六．结束语
通过实验我学习到县委经主要用于观测近处微笑的物体，望远镜主要观测远处模糊的物体，它们的作用都使将观测物体放大。两者最根本的是放大率的不同：常用显微镜的视放大率可以达到近千倍，而普通望远镜的放大率一般为几倍至几十倍。我对两者的工作原理进一步加深了理解，了解到放大率等新概念，对光学仪器的使用也更为熟练。
七．参考文献
[1]王之江著，光学设计理论基础，科学出版社（第二版）1985年，北京
[2]张以谟主编，应用光学，机械工业出版社，1982年，
[3]高凤武，李继祥主编，应用光学，解放军出版社，1986年，北京
[4][苏]B.A.帕诺夫，显微镜的光学设计与计算，1982年09月第一版
[5][英]D.F.霍勒，光学仪器机器应用，1988年08月第一版
望远镜、显微镜的设计与组装
一． 引言
显微镜和望远镜是近代科学技术的两项伟大发明，它们将人类的视觉延伸到了更加宽广的微观和宏观世界，具有划时代的意义。显微镜和望远镜是常用光学仪器，具有广泛的应用范围。它们的构造看似简单，却蕴含着极其丰富的理论知识。了解他们的构造原理，并自己动手设计、组装显微镜和望远镜，不仅有助于加深理解透镜成像规律，也有助于调整和使用其他光学仪器。为了掌握显微镜和望远镜的基本参数与设计关系；为了学会正确组装显微镜和望远镜以及调节使用方法；为了学习视放大率等概念并掌握其测量方法，我设计了本次实验并完成论文。
二．实验原理
显微镜
显微镜的基本光学系统和成像光路图（图1）
（1） 显微镜基本构造：显微镜由两个凸透镜，一个做物镜L0，一
个做目镜。其基本光学系统如上图所示，位于物镜焦点外的微小物体y经物镜后成一放大倒立的实像y′，再经目镜放大成虚像于无穷远处，两次放大都使张角增大，所以物镜焦距很短，相比之下目镜焦距较长。
（2）视放大率M理论：像对人眼的张角w′的正切与物在明视距离
D=250mm处时对人眼的张角w的正切之比，即：M理论=tan w′/ tan
w
由于tan w′=y′/fe′ tan w′=y/D M理论=M0Me
其中M0为放大率，Me为目镜放大率
望 远 镜
望远镜的基本光学系统和成像光路图（图2）
（1） 望远镜和的基本结构：由物镜L0和目镜Le
组成。其基本光学
系统如上图所示。远处物体经物镜后在物镜像方焦平面上成一倒立缩小的实像，再经目镜将此实像放大成像于无穷远处，使其视角增大。
（2） 视放大率M理论：像对人眼的张角w′的正切与物在明视距离
D=250mm处时对人眼的张角w的正切之比，即：M理论=tan w′/ tan
w
由于tan w′=y′/fe′ tan w′=y′/fe′ 所以M理论= fe′/ fe′
三.简单方案及参数
（1）显微镜的简单方案及参数：在本实验中，有两组显微镜，其组装大致与图1一致，明视距离D=250mm，△=160~190mm，出瞳15~40mm
一组：f25ⅹf15：目镜焦距参数160mm+25mm+15mm=20cm 二组：f25ⅹf50：目镜焦距参数160mm+25mm+50mm=23.5cm M=D△/ fe′fe′
在确定焦距并组装实验后，用上述公式求得显微镜放大倍数。可以看出：光学间隔越大，物镜目镜焦距越短，显微镜的放大倍数越大。
（2） 望远镜的简单方案及参数：在本实验中，要组装三组望远镜，
两组开普勒望远镜，一组伽利略望远镜。
开普勒望远镜：f100ⅹf25 f200ⅹf30
伽利略望远镜：f200ⅹf-30
由于M理论= fe′/ fe′ 开普勒望远镜的放大率分别为4倍，
6.6倍
伽利略望远镜的放大率为6.6倍
四.实验装置
光具座，凸透镜一组（焦距分别为f15，f25，f50，f100，f200），凹透镜一个f-30，透明标尺，钢尺，平面反射镜，观察屏，台灯。
五.实验内容及效果
第一组显微镜：
1.将光具座放在明亮的环境中，将f25，f15，观察物放在上面，并将三者调节到等高共轴，观察物本身有6.5cm
2.将f25凸透镜作为目镜调节带零刻度线处，根据成像公式确定的出瞳的轴像位置而定的焦距参数△=20cm，将f15凸透镜放在读数为20cm处
3.在轴线上观察，眼睛距目镜距离大致为2.5cm，调节物距，反复加以比较，知道调整到观察物的像放大到最粗最清晰且无变形，记录下此时物镜的刻度为28.45cm，
4.观察到一个清晰的放大正立的像，则此时物距为28.45-6.5-20=1.95cm，带入公式得放大倍率为10倍。
第二组显微镜：
1.将光具座放在明亮的环境中，将f25，f50，观察物放在上面，并将三者调节到等高共轴，观察物本身有6.5cm
2.将f25凸透镜作为目镜调节带零刻度线处，根据成像公式确定的出瞳的轴像位置而定的焦距参数△=23.5cm，将f50凸透镜放在读数
为20cm处
3.在轴线上观察，眼睛距目镜距离大致为2.5cm，调节物距，反复加以比较，知道调整到观察物的像放大到最粗最清晰且无变形，记录下此时物镜的刻度为36.35cm，
4.观察到一个清晰的放大正立的像，则此时物距为36.35-6.5-23.5=6.35cm，带入公式得放大倍率为3倍。
第一组开普勒望远镜：
1.将光具座放在明亮的环境中，将f25，f100，观察物放在上面，并将三者调节到等高共轴
2.将观察物尽可能放到最远，调节目镜，物镜，反复加以比较，物镜与目镜间距为100+25+2=127cm左右
3.在轴线上观察，移动目镜，使得从目镜中能看见清晰的黑白间隔的观察物的像，然后一只眼睛从望远镜外直接观察黑白间隔观察物，另一只眼睛通过望远镜观察标尺版的像，一边轻轻上下晃晃眼睛，一边慢慢移动目镜位置，达到无视差效果，比较内外相差比，记录下此时目镜，物镜刻度。
4.此时观察到的是一个放大的倒立的清晰虚像，内外比为1：4.7.目镜刻度为14.55cm，物镜刻度为143cm，此时目镜焦距为14.55cm，物镜焦距为118.45cm，带入公式得M=4.9（M理论值为4倍）
第二组开普勒望远镜：
1.将光具座放在明亮的环境中，将f30，f200，观察物放在上面，
并将三者调节到等高共轴
2.将观察物尽可能放到最远，调节目镜，物镜，反复加以比较，物镜与目镜间距为300+30+2=332cm左右
3.在轴线上观察，移动目镜，使得从目镜中能看见清晰的黑白间隔的观察物的像，然后一只眼睛从望远镜外直接观察黑白间隔观察物，另一只眼睛通过望远镜观察标尺版的像，一边轻轻上下晃晃眼睛，一边慢慢移动目镜位置，达到无视差效果，比较内外相差比，记录下此时目镜，物镜刻度。
4.此时观察到的是一个放大的倒立的清晰虚像，内外比为1：8.9.目镜刻度为26.25cm，物镜刻度为143cm，此时目镜焦距为26.25cm，物镜焦距为116.75cm，带入公式得M=8.5（M理论值为6.7倍） 伽利略望远镜：
1.将光具座放在明亮的环境中，将f-30，f200，观察物放在上面，并将三者调节到等高共轴
2.将观察物尽可能放到最远，调节目镜，物镜，反复加以比较，物镜与目镜间距为200-30+2=172cm左右
3.在轴线上观察，移动目镜，使得从目镜中能看见清晰的黑白间隔的观察物的像，然后一只眼睛从望远镜外直接观察黑白间隔观察物，另一只眼睛通过望远镜观察标尺版的像，一边轻轻上下晃晃眼睛，一边慢慢移动目镜位置，达到无视差效果，比较内外相差比，记录下此时目镜，物镜刻度。
4.此时观察到的是一个放大的正立的清晰虚像，内外比为1：9.1.
目镜刻度为14.55cm，物镜刻度为143cm，此时目镜焦距为14.55cm，物镜焦距为118.45cm，带入公式得M=8.9M理论值为6.7倍）
六．结束语
通过实验我学习到县委经主要用于观测近处微笑的物体，望远镜主要观测远处模糊的物体，它们的作用都使将观测物体放大。两者最根本的是放大率的不同：常用显微镜的视放大率可以达到近千倍，而普通望远镜的放大率一般为几倍至几十倍。我对两者的工作原理进一步加深了理解，了解到放大率等新概念，对光学仪器的使用也更为熟练。
七．参考文献
[1]王之江著，光学设计理论基础，科学出版社（第二版）1985年，北京
[2]张以谟主编，应用光学，机械工业出版社，1982年，
[3]高凤武，李继祥主编，应用光学，解放军出版社，1986年，北京
[4][苏]B.A.帕诺夫，显微镜的光学设计与计算，1982年09月第一版
[5][英]D.F.霍勒，光学仪器机器应用，1988年08月第一版