自组显微镜并测其放大率教学文案.docx
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自组显微镜并测其放大率教学文案
XX学院
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
课程名称：
工程光学
基层教学单位：
检测教研室指导教师：
学号
学生姓名
（专业）班级
设计题目
自组显微镜并测其放大率
设
计
技
术
参
数
1、器材：
光具座（带标尺）、透镜架2、透镜2、毫米刻度标尺2、底座2。
2、参数：
机械筒长160mm
思考题：
1）把显微镜倒置使用会出现什么现象？
设
计
要
求
1、画出显微镜系统放大原理图，并说明组合系统对透镜的要求
2、设计组合过程中应遵循的程序及校验方法
3、绘制测量数据的表格
4、测量系统的放大率
参
考
资
料
1、《工程光学》郁道银编机械工业出版社
2、其他资料（自查）
周次
第二十周
应
完
成
内
容
周一～周二收集资料及方案论证
周三～周四绘图撰写设计说明书
周五答辩
指导教
师签字
基层教学单位主任签字
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
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Г=
；式中，
为明视距离处物体对眼睛所张的视角，
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
为物镜（焦点在
和
）,其焦距为
；
为目镜，其焦距为
。
将长度为
的被观测物
放在的焦距
外且接近焦点处，物体通过物镜成一放大的倒立实像
（其长度为
）。
此实像在目镜的焦点以内，经过目镜放大，结果在明视镜
上得到一个放大的虚像
（其长度为
）。
虚像
对于被观测物
来说是倒立的。
显微镜物镜焦点
到目镜焦点
之间的距离
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
式中，
，为目镜的视觉放大率；
（因
比
大得多），为物镜的线放大率。
因而式
（2）可改写成
（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
、
、
和
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
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。
1－小照明光源
，2－干版架，3－微尺M1（1/10mm），4－二维架或透镜架，5－物镜Lo（
=45mm），6－二维架，7－三维调节架，8－目镜Le（
=29mm），9－45°玻璃架，10－升降调节座，11－双棱镜架，12－毫米尺M2（l=30mm），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）
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
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。
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
计算出简单显微镜的视觉放大率。
将
和光学间隔
（、和前面已经测出）代入公式
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。
第3章数据处理与误差分析
次数
放大格数目
对照格数目
放大率
1
2
2.14
10.70
2
3
3.21
10.70
3
4
4.29
10.73
4
5
5.36
10.72
5
6
64.26
10.71
3.1数据处理
1、数据记录表格
物镜
的位置为47.50cm，目镜
的位置为63.50cm，
。
1）物距像距法测焦距
测目镜
的焦距
次数
物的位置
（cm）
像的位置
（cm）
（cm）
1
58.50
72.56
3.515
2
59.00
73.10
3.525
3
58.70
72.64
3.485
4
58.60
72.70
3.525
5
58.80
72.82
3.505
次数
物的位置
（cm）
像的位置
（cm）
（cm）
1
58.50
78.56
5.015
2
58.00
78.10
5.025
3
58.10
78.18
5.020
4
57.90
77.90
5.000
5
57.50
77.60
5.025
2、数据处理
1）简单显微镜视觉放大率
的计算值
2）物镜
、目镜
的焦距
物镜
的焦距
：
目镜
的焦距
：
；
3）简单显微镜视觉放大率
的测量值
物镜
与目镜
之间的距离:
则光学间隔
为：
根据公式
有：
3.2误差分析
1）物镜
、目镜
焦距的相对误差
2）简单显微镜视觉放大率
的测量相对偏差
误差分析：
1）本实验测定显微镜放大率过程中，有很多的因素会引起实验产生误差。
2）读数时的误差:
由于光学实验容易使眼睛产生疲劳，读数比较困难，因此读数误差应该是
3）实验中的主要误差；可能因透镜中所成的像并未达到最佳状态，就开始读取数据，从而造成实验误差；
4）仪器误差:
可能因透镜的磨损等原因造成透镜的实际焦距与实验室所给的焦距有所偏差，在计算中造成实验理论数据偏差；
5）利用计算近似结果组装显微镜会造成误差。
解决办法：
1）实验时最好换着去观察数据，一个人观测时，要尽量不要让眼睛过度疲劳；
2）当准备读取数据时，应当反复调节透镜的位置，是所成的像达到最佳状态是再读取；
3）在实验之前，最好对所要用的透镜焦距进行测定，保证透镜焦距的准确性；
4）实验时最好将目镜置于光具座便于观察的一端，当调节到最佳状态并开始读取数据时，大脑以及眼应保持较稳定状态，最后认真读取数据。
尽量精确处理数据。
参考文献
1.4.4节显微镜的放大本领，172页；4.5节望远镜的放大本领，174页—姚启钧—光学教程，高等教育出版社，2008年6月第四版
2.3.3节显微镜以及3.3节望远镜101-11页—叶玉堂，饶建珍等—《光学教程》，清华大学出版社，2005年8月第一版；
3.第五章实验九，220页—王云才，李秀燕—《大学物理实验教程》，科学出版社，2003年4月第二版；
4.第六章实验，223页—张志东，魏怀鹏，展永—《大学物理实验》，科学出版社，2007年8月第一版；
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评语：
①该生学习态度（认真较认真不认真）
②该生依赖他人进行设计情况（有无）
平时成绩：
指导教师签字：
2015年1月16日
图面及其它成绩：
答辩小组评语：
①设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。
②设计合理，实现设计要求。
③实现了大部分设计要求。
④没有完成设计要求，或者只实现了一小部分的设计要求。
答辩成绩：
组长签字：
2015年1月16日
课程设计综合成绩：
答辩小组成员签字：
2015年1月16日
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