【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，設(shè)薄透鏡的像方焦距為，物距為，對(duì)應(yīng)的像距為，在近軸光線的條件下．透鏡成像的高斯公式為 故 圖15 透鏡成像原理圖應(yīng)用上式時(shí)必須注意各物理量所適用的符號(hào)法則。在本實(shí)驗(yàn)中我們規(guī)定，距離自參考點(diǎn)(薄透鏡光心)量起。與光線行進(jìn)方向一致時(shí)為正，反之為負(fù)，運(yùn)算時(shí)已知量須添加符號(hào)，未知量則根據(jù)求得結(jié)果中的符號(hào)判斷其物理意義。測(cè)量會(huì)聚透鏡焦距的一般方法有：靠測(cè)量物距與像距求焦距。具體方法是：用反射照明光后的實(shí)物作為光源，其發(fā)出的光線經(jīng)會(huì)聚透鏡后，在一定條件下成實(shí)像，可用白屏獲取實(shí)像加以觀察，通過測(cè)定物距和像距，利用式即可算出。但是此種方法精度不高。. 自準(zhǔn)直法測(cè)焦距自準(zhǔn)直法是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的方法。在光學(xué)信息處理中，自準(zhǔn)直法測(cè)量透鏡焦距，簡(jiǎn)單迅速，能直接測(cè)得透鏡焦距的數(shù)值。在光學(xué)信息處理中，多使用相干的平行光束，而自準(zhǔn)直法作為檢測(cè)平行光的手段之一，仍不失為一種重要的方法。1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸。（2）掌握薄透鏡焦距的常用測(cè)定方法。（3）研究透鏡成像的規(guī)律。2. 基本原理如圖 16 自準(zhǔn)直法測(cè)會(huì)聚透鏡焦距原理圖所示，若物體AB 正好處在透鏡L的前焦面處，那么物體上各點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)過透鏡后，變成不同方向的平行光，經(jīng)透鏡后方的反射鏡M把平行光反射回來(lái)，反射光經(jīng)過透鏡后，成一倒立的與原物大小相同的實(shí)象A′B′，像A′B′位于原物平面處。即成像于該透鏡的前焦面上。此時(shí)物與透鏡之間的距離就是透鏡的焦距f ，它的大小可用刻度尺直接測(cè)量出來(lái)。圖 16 自準(zhǔn)直法測(cè)會(huì)聚透鏡焦距原理圖3. 實(shí)驗(yàn)儀器（1） 激光平行光源（包括激光器,擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直鏡等）（2） 干板架（3） 目標(biāo)板（4） 待測(cè)透鏡（Φ = ，f = ）（5） 反射鏡（6） 二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架（7） 光學(xué)平臺(tái)，支桿，調(diào)節(jié)支座4. 實(shí)驗(yàn)步驟（1）參照?qǐng)D 17 自準(zhǔn)直光路裝配圖，沿滑軌裝妥各器件，并調(diào)至共軸。圖 17 自準(zhǔn)直光路裝配圖（2）移動(dòng)待測(cè)透鏡，直至在目標(biāo)板上獲得鏤空?qǐng)D案的倒立實(shí)像；（3）調(diào)整反射鏡，并微調(diào)待測(cè)透鏡，使像最清晰且與物等大（充滿同一圓面積）；（4）分別記下目標(biāo)板和被測(cè)透鏡的位置；（5）計(jì)算：；（6）重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算焦距，取平均值。. 二次成像法（位移法）測(cè)焦距二次成像法（也稱位移法）測(cè)量焦距是通過兩次成像，測(cè)量出相關(guān)數(shù)據(jù)，通過成像公式計(jì)算出透鏡焦距。1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸。（2） 掌握薄透鏡焦距的常用測(cè)定方法。（3） 研究透鏡成像的規(guī)律。2. 基本原理由透鏡兩次成像求焦距方法如下：圖 18 透鏡兩次成像原理圖當(dāng)物體與白屏的距離時(shí)，保持其相對(duì)位置不變，則會(huì)聚透鏡置于物體與白屏之間，可以找到兩個(gè)位置，在白屏上都能看到清晰的像．如圖 18 所示，透鏡兩位置之間的距離的絕對(duì)值為，運(yùn)用物像的共扼對(duì)稱性質(zhì)，容易證明 上式表明．只要測(cè)出和，就可以算出．由于是通過透鏡兩次成像而求得的，這種方法稱為二次成像法或貝塞爾法．這種方法中不須考慮透鏡本身的厚度，因此用這種方法測(cè)出的焦距一般較為準(zhǔn)確．3. 儀器用具（1） 激光平行光源（包括激光器,擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直鏡等）（2） 干板架（3） 目標(biāo)板（4） 待測(cè)透鏡（Φ=，f =）（5） 光屏（6） 二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架（7） 導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等4. 實(shí)驗(yàn)步驟（1）布置各器件并調(diào)至共軸，使目標(biāo)板與光屏之間的距離；（2）移動(dòng)待測(cè)透鏡，使被照亮的目標(biāo)板在光屏上成一清晰的放大像，記下待測(cè)透鏡的位置和目標(biāo)板與分劃板間的距離；（3）再移動(dòng)待測(cè)透鏡，直至在像屏上成一清晰的縮小像，記下L的位置，判斷清晰像時(shí)在像屏位置放上反射鏡，當(dāng)目標(biāo)板成像與目標(biāo)圖案完全重合時(shí)，為清晰像；（4）計(jì)算：（5）重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算焦距，取平均值。. 透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)測(cè)量每個(gè)厚透鏡及共軸球面透鏡組都有六個(gè)基點(diǎn)。即兩個(gè)焦點(diǎn),；兩個(gè)主點(diǎn),；兩個(gè)節(jié)點(diǎn),。1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解透鏡組的基點(diǎn)的一般特性（2）學(xué)習(xí)測(cè)定光具組基點(diǎn)和焦距的方法2. 基本原理（1）主面和主點(diǎn)若將物體垂直于系統(tǒng)的光軸，放置在第一主點(diǎn)處，則必成一個(gè)與物體同樣大小的正立的像于第二主點(diǎn)處，即主點(diǎn)是橫向放大率的一對(duì)共軛點(diǎn)。過主點(diǎn)垂直于光軸的平面，分別稱為第一和第二主面，如圖 19中的和。（2）節(jié)點(diǎn)和節(jié)面節(jié)點(diǎn)是角放大率的一對(duì)共軛點(diǎn)。入射光線（或其延長(zhǎng)線）通過第一節(jié)點(diǎn)時(shí)，出射光線（或其延長(zhǎng)線）必通過第二節(jié)點(diǎn)，并與的入射光線平行（如圖 19）。過節(jié)點(diǎn)垂直于主光軸的平面分別稱為第一和第二節(jié)面。當(dāng)共軸球面系統(tǒng)處于同一媒質(zhì)時(shí)，兩主點(diǎn)分別與兩節(jié)點(diǎn)重合。圖 19 透鏡組光路示意圖（3）焦點(diǎn)、焦面平行于系統(tǒng)主軸的平行光束，經(jīng)系統(tǒng)折射后與主軸的交點(diǎn)稱為像方焦點(diǎn)；過垂直于主軸的平面稱為像方焦面。第二主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)的距離，稱為系統(tǒng)的像方焦距。此外，還有物方焦點(diǎn)F及焦面和焦距f。圖 110 測(cè)量基點(diǎn)示意圖綜上所述，薄透鏡的兩主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)與透鏡的光心重合，而共軸球面系統(tǒng)兩主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的位置，將隨各組合透鏡或折射面的焦距和系統(tǒng)的空間特性而異。實(shí)際使用透鏡組時(shí)，多數(shù)場(chǎng)合透鏡組兩邊都是空氣，物方和像方媒質(zhì)的折射率相等，此時(shí)節(jié)點(diǎn)和主點(diǎn)重合。本實(shí)驗(yàn)以兩個(gè)薄透鏡組合為例，主要討論如何測(cè)定透鏡組的節(jié)點(diǎn)（主點(diǎn)）。設(shè)L為已知透鏡焦距等于的凸透鏡，其主點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）為H、(、），像焦點(diǎn)為F′。當(dāng)AB（高度已知）放在L 的前焦點(diǎn)處時(shí)，它經(jīng)過L 。因?yàn)?，，所以∽，即，所以?1）因此我們可以通過測(cè)量的大小，從而得到的數(shù)值。因?yàn)槭瞧叫泄馊肷涞酵哥R組上，所以像的位置就是的位置。的位置既然確定，而，因此的位置也就確定了。，即可測(cè)定F和N的位置。本實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)和主點(diǎn)重合，所以和的位置也得到確定。3. 儀器用具（1） 激光平行光源（包括激光器,擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直鏡等）（2） 干板架（3） 目標(biāo)板（4） 標(biāo)準(zhǔn)透鏡（Φ = ，f = ） （5） 一維調(diào)節(jié)滑塊導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等（6） 節(jié)點(diǎn)器（含兩Φ = 40 透鏡，f =200 和f =350）（7） 固定套（8） 支桿底座（GCM5305M）（9） 反射鏡（10） 二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架4. 實(shí)驗(yàn)步驟（1）安置各器件，調(diào)整各光學(xué)元件同軸等高。（2）借助反射鏡調(diào)節(jié)目標(biāo)板（目標(biāo)板圖案為正方形，邊長(zhǎng)10mm）與標(biāo)準(zhǔn)透鏡（透鏡焦距為? f0）之間的距離，使目標(biāo)板（物方圖案寬度為h1 ）位于透鏡L0的前焦面。（自準(zhǔn)直法）（3）借助反射鏡找到節(jié)點(diǎn)器后方清晰像的位置a ，用分劃板替換平面鏡，測(cè)量清晰像的寬度h2 。記錄節(jié)點(diǎn)器在導(dǎo)軌上的位置b ，從節(jié)點(diǎn)器上讀出透鏡L2 的偏移量c 。（4）計(jì)算像方焦距 像方主點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)器中透鏡光心的距離為 （5）將節(jié)點(diǎn)架旋轉(zhuǎn)180176。，重復(fù)第3 步，測(cè)得數(shù)據(jù)，，c′計(jì)算物方焦距，物方主點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)器中透鏡光心的距離。（6）繪圖標(biāo)示節(jié)點(diǎn)器中透鏡組的主面及基點(diǎn)位置。. 顯微鏡與望遠(yuǎn)鏡原理與應(yīng)用. 顯微鏡搭建與光學(xué)系統(tǒng)分辨率檢測(cè)顯微鏡主要是用來(lái)幫助人眼觀察近處的微小物體，顯微鏡與放大鏡的區(qū)別是二級(jí)放大。通過本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更了解顯微鏡的原理，自己搭建顯微鏡，測(cè)量相關(guān)參數(shù)。1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)顯微鏡的原理及使用顯微鏡觀察微小物體的方法；（2）學(xué)習(xí)測(cè)定顯微鏡放大倍數(shù)的方法；（3）測(cè)量顯微鏡的分辨本領(lǐng)。2. 基本原理最簡(jiǎn)單的顯微鏡是由兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成。其中，物鏡的焦距很短，目鏡的焦距較長(zhǎng)。它的光路如圖 111所示。圖中的為物鏡（焦點(diǎn)在和），其焦距為；為目鏡，其焦距為。將長(zhǎng)度為的被觀測(cè)物體AB放在的焦距外且接近焦點(diǎn)處，物