实验24. 自组投影仪教学目的1.了解和掌握投影仪的结构和工作原理；加深对透镜成像规律的理解。2.设计组装一台简易投影仪，了解其光路特点和各器件的作用，掌握其调节和使用方法。3.提高实验设计能力和动手能力。教学重点1.投影仪的光路特点；2.设计性实验设计的步骤和方法教学难点投影仪组装的实验设计课 型：提高性实验（2学时）教学方法：讲解教学内容，明确其重点和难点，然后实际演示操作要点课 件：PPT教学手段学生操作，随堂检查操作情况。根据学生的操作情况将容易犯错的问题做重点提示，学生可以根据操作中遇到的具体问题个别提问。教学过程【课前准备】 预习报告、出勤情况、书本预习情况。【引入】 见PPT投影现象，让学生思考投影仪借助了哪些技术？1 引言简要介绍投影仪的发展历程：主要从应用的角度了解投影仪技术的不断革新，（从黑白到彩色；从单一的幻灯片到与计算机的结合；从体积比较大到如今体积小巧，功能多样等方面说明投影仪的发展历程）；通过图片的形式展示给学生，激发学生的兴趣。投影仪和幻灯片的光路原理基本相同，它们在教学等领域有广泛的应用，了解它们的构造和调整方法，掌握其原理，有助于理解透镜成像规律，也有助于正确使用该类设备。2 实验原理2.1 投影仪原理投影仪由成像系统和照明系统两部分组成。其中照明系统主要由光源、聚光镜组成，成像系统主要由投影片、成像透镜、银幕组成。要达到好的投影效果，照明系统和成像系统间必须合理配置，以获得最大的光照效率，同时使图像得到均匀照明。为达到该目的，投影仪、幻灯机采用柯拉照明方式。简易投影仪的光路原理如图1所示：图1 简易投影仪的光路图图中S为光源、L1为聚光镜(焦距短)、L2为成像物镜(焦距长)、H为银幕(光屏)，P为幻灯片(尽可能靠近L1，实际与L1之间有一个小的间距)。P经L2成像在H处，u2为物距，v2为像距(即投影距离)。光源S经L1成像在L2处，u1为物距，v1为像距，v1=u2+。2.2 常用图像照明方式（）临界照明这是最早的显微镜采用的一种普通照明法。其特点是光源经聚光镜后成像在被检物体上，光束狭而强，这是它的优点。但是光源的灯丝像与被检物体的平面重合，这样就造成被检物体的照明呈现出不均匀性，这是临界照明的主要缺陷。其补救的方法是在光源的前方放置乳白和吸热滤色片，使照明变得较为均匀和避免光源的长时间的照射而损伤被检物体。适用于小画幅，电影放映机采用的是这种照明方式（）柯拉照明是19世纪末卡尔蔡氏公司工程师柯拉为解决显微镜成像的照明问题而发明的，柯拉照明克服了临界照明的缺点，这种照明方法不仅效果佳，而且是成功进行显微照相所必须的一种照明法。适用于大画幅，显微镜、投影仪、幻灯采用这种方式。 柯拉照明方式中聚光系统与放映系统配置特点：被投影物(投影片、幻灯片)近量靠近聚光镜；光源(灯丝)经聚光镜成像在放映物镜处。这样配置既保证了较高的光源利用效率，又保证图像的均匀照明。3 实验仪器光学平台；直尺；白光源；凸透镜（:40或50mm）；凹透镜（:190或300mm）白屏；幻灯片；光学底座。【重点】：两个透镜的区别；及焦距的判断（设计参数的重要依据）；幻灯片应该注意靠近聚光镜（短焦距）。4 关于设计性实验本实验是一个设计性实验，同学们应自已拟定实验方案（教材中的两个方案供参考），再根据实验方案自行设计实验内容和过程，以初步煅炼实验设计能力。以下供参考(采用的是设计、组装、观察验证的方案)：包含如下内容：一、实验目的二、实验仪器（见参考教材）三、实验原理（1）投影系统基本结构和原理（说明投影仪组成（照明系统、成像系统）、基本结构、原理，画出光路原理图）（2）简易投影仪参数设计（实验条件：光学平台、两个凸透镜：50mm,190mm，米尺量程1mm，光源、幻灯片、光屏，幻灯片离聚光镜最近距离=0.5cm，也可忽略）要点：先确定用哪个透镜作放映物镜，哪个作聚光镜。确定投影距离，即放映物镜到银幕的距离（可取80cm-1m）。再根据两个焦距、投影距离、投影仪原理，透镜成像公式、放大率公式计算出各个元件的位置参数、放大率。参考：（1）确定仪器条件、设计要求：5cm凸透镜作聚光镜、19cm透镜作成像物镜，投影距离v2=90cm.（2）由高斯公式、放率公式、原理图计算确定各元件位置四、实验内容步骤（1）根据仪器条件设计及投影仪原理设计参数，确定各元件位置关系（2）调节等高共轴（3）按设计参数摆放好各元件位置，观察灯丝的像是不是成在物镜上。并微调聚光镜、成像物镜高低位置，在光屏上得照明均匀的光斑。（4）放幻灯片(贴在聚光镜后),观察投影效果，测像高和物高，计算放大率（5）将光源向前、向后移动(灯丝的像不再在物镜上)，观察光斑的变化及投影效果的变化（6）保持幻灯片、物镜、光屏位置不变，移动光源和聚光镜，使灯丝的像仍成在物镜上，观察投影效果的变化。强调：步骤（5）是为了观察如果照明与成像的配置关系破坏后，投影效果是否变坏，步骤（6）是为了验证投影效果是不是在幻灯片离聚光镜最近时效果最好五、数据处理计算一下放大率测量值，与设计值比较六、实验结论与分析应该根据实验作出结论：实验安排 学生操作；教师指导。重点检查：参数设计是否合理；观察图像是否清晰；数据记录表是否合理；作业布置完成实验报告、数据处理结果要有详细的计算过程并作出合理的结论分析。教学后记