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）周次第二十周应宀完 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 位主任签字目录第1章显微镜原理与应用 11.1显微镜原理 11. 2显微镜应用2第2章 实验设计及介绍 32.1 显微镜的组装 42.2 显微镜放大率的测定 5第3章数据处理与误差分析 73.1数据处理 73.2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r十；：，.； 式中，w为明视距离处物体对眼睛所张的视角， w/为通过光学仪器观察时在明其中，物镜的焦距很短，目镜的焦视距离最简单的显微镜是由两个凸透镜构成的 距较长。它的光路如图所示，图中的L。为物镜（焦点在F。和Fo/），其焦距为fo ；Le为目镜，其焦距为fe。将长度为yi的被观测物AB放在的焦距Lo外且接近焦点处，物体通过物镜成一放大的倒立实像 A/B/ （其长度为y2）。此实像在目镜的 焦点以内，经过目镜放大，结果在明视镜D上得到一个放大的虚像AB（其长度 为丫3）。虚像AB对于被观测物AB来说是倒立的。显微镜物镜焦点F，到目镜焦 点Fe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ta nw，tanwys/Dy2婕？yi/D目2*式中，竺y2U2e,为目镜的视觉放大率;e*2上yiui0 (因v1比fo大得多），为物镜的线放大率。因而式（2）可改写成-0? e (3)o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fo、fe、 和D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20X物镜和5X 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J Ui v1U2 12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。mc5yaiiiiliniliiiiliim) Sy2yi LLoLe1234578916151413k24cmE1小照明光源S , 2干版架，3微尺M (1/10 mm), 4-二 维架或透镜架，5物镜Lo ( f0=45 mr) 6 二维架，7 三维调 节架，8目镜Le ( f e=29 mm，9 45玻璃架，10升降调节 座，11双棱镜架，12毫米尺M2 (l =30 mr) 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)S1、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。u v 2f （f为焦距）uv3、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、数据处理根据公式口0计算出简单显微镜的视觉放大率。将 D 25cm和光学间隔次数物的位置（cm）像的位置（cm）f e（ cm）L fe fo （、和前面已经测出）代入公式计算出简单显微镜的fe fo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3.1数据处理1、数据记录表格物镜L。的位置为47.50cm，目镜L。的位置为63.50cm, D 25.00cm。1）物距像距法测焦距次数放大格数目a对照格数目b放大率122.1410.70233.2110.70344.2910.73455.3610.725664.2610.71测目镜Le的焦距次数物的位置（cm）像的位置（cm）fo （ cm）158.5072.563.515259.0073.103.525358.7072.643.485458.6072.703.525558.8072.823.5052、数据处理1)简单显微镜视觉放大率的计算值计10.70 10.70 10.73 10.72 10.7110712cm-52）物镜Lo、目镜Le的焦距物镜L。的焦距fo :3.5150计3.525 3.4853.5253.505 53.511cm；目镜Le的焦距fe :5.0155.025 5.0205.0005.025 55.017cm ；3）简单显微镜视觉放大率的测量值物镜Lo与目镜Le之间的距离：L 63.5047.5016.00cm则光学间隔为： Le 16.00-3.50-5.007.50cm根据公式三？一有:空0?型 2.7145.003.50158.5078.565.015258.0078.105.025358.1078.185.020457.9077.905.000557.5077.605.0253.2误差分析1）物镜Lo、目镜Le焦距的相对误差0.34%5.00 5.017100% 5.002）简单显微镜视觉放大率的测量相对偏差100%10.714 10.712100%0.019%10.714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， 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 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 社， 2003 年 4 月第二版；174 页姚 光学教程， ，科学出版 ，科学出版4. 第六章实验， 223 页张志东，魏怀鹏，展永大学物理实验 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： 该生学习态度（认真 较认真 不认真） 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： 设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。 设计合理，实现设计要求。 实现了大部分设计要求。 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