望远镜.doc

自制望远镜
摘要:本文首先介绍了开普勒望远镜的基本与原理和实验仪器,结合示意图和实物照片详细的描述了望远镜的简易制作过程,最后总结了一下制作过程中应注意的问题和出瞳等望远镜相关问题。
关键词:望远镜、凸透镜、PVC管、出瞳距离
引言:望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像,再经过一个放大目镜而被看到,又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角,使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径(最大8毫米)粗得多的光束,送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。1608年荷兰人汉斯•利伯希发明了第一部望远镜。1609年意大利佛罗伦萨人伽利略•伽利雷发明了40倍双镜望远镜,这是第一部投入科学应用的实用望远镜。望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。根据望远镜原理一般分为三种。一种通过收集电磁波来观察遥远物体的仪器。在日常生活中,望远镜主要指光学望远镜。但是在现代天文学中,天文望远镜包括了射电望远镜,红外望远镜,X射线和伽马射线望远镜。近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波,宇宙射线和暗物质的领域。
实验原理:望远镜是帮助人眼观望远距离物体的仪器,也可作为测量和瞄准的工具。望远镜也是由物镜和目镜组成的,其中对着远处物体的一组叫做物镜,对着眼睛的叫做目镜,物镜焦距较长,目镜焦距较短。物镜用反射镜的,称为反射式望远镜;物镜用透镜的,称折射式望远镜。目镜是会聚透镜的,称为开普勒望远镜,目镜是发散透镜的,称为伽利略望远镜。
因被观测物体离物镜的距离远大于物镜的焦距,所以物体将在物镜的后焦面附近形成一个倒立的缩小实像。与原物体相比,实像靠近了眼睛很多,因而视角增大了。然后实像再经过目镜而被放大,由目镜所成的像,可以在明视距离到无限远之间的任何位置上。因此,望远镜的功能是对远处物体成视角放大的像。构建望远镜光路图如图所示。
物镜
L0
θ0
Le
图一望远镜的基本光路图
目镜
为目镜的物方焦点,为物镜的像方焦点,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处的成像对眼睛所张的视角。
远处物体发出的光束经物镜后被会聚于物镜的焦平面上,成一缩小倒立的实像,像的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离。当焦平面恰好与目镜的焦平面重合在一起时,会在无限远处呈一放大的倒立的虚像,用眼睛通过目镜观察时,将会看到这一放大且可移动的倒立虚象。若物镜和目镜的像方焦距为正(两个都是会聚透镜),则为开普勒望远镜;若物镜的像方焦距为正(会聚透镜),目镜的像方焦距为负(发散透镜),则为伽利略望远镜。望远镜的放大率由计算可得,为
(1)
可见,物镜的焦距越长、目镜的焦距越短,则望远镜的放大率则越大。对开普勒望远镜,放大率为负值,系统成倒立的像;而对伽利略望远镜(),放大率为正值,系统成正立的像。因在实际观察时,物体并不真正位于无穷远,像也不成在无穷远,但(34-2)式仍近似适用。
由于不同距离的物体成像在物镜焦平面附近不同的位置,而此成像又必须在目镜焦距的范围内,并且接近目镜的焦平面,因此观察不同距离的物体时,需要调要物镜和目镜之间的距离,即是改变镜筒的长度,这称为望远镜的调焦。
在光学实验中,经常用目测法来确定望远镜的视觉放大率。目测法指用一只眼睛观察物体,另一只眼睛通过望远镜观察物体的像,同时调节望远镜的目镜,使两者在同一个平面上且没有视差,此时望远镜的视觉放大率即为
(2)
其中是在物体所处平面上被测物体的虚像的大小,是被测物体的大小,只要测出和的比值,即可得到望远镜的视觉放大率。
实验仪器:
大小直径PVC管各一及衔接端、焦距45mm 225mm凸透镜各一、台钳、、钢锯、直角尺、小刀、榔头、剪刀、一字起子、双面胶、502胶水、黑色卡纸
图二主要工具图
制作步骤:
长度问题
我队首先在姚启军编著的《光学教程》了解到望远镜的基本原理如上所述。知道我们要做的是开普勒望远镜。首先确定了物镜镜筒23厘米,目镜镜20厘米(与透镜焦距相差不多即可)。
锯好粗细PVC管分别为24厘米、。然后用大锉刀锉PVC管两端至原定距离稍长(目镜因锯时短于原定长度,但是不影响效果故不改长度),用中锉刀锉平,用小锉刀锉至光滑平整。最终粗PVC管为23厘米,细PVC为19厘米。
2、两透镜的固定问题
但考虑到缠绕的黑胶硬度不够,且不易插入镜筒,放弃。
想到用PVC管接合头,大小正好。只有一个,因此目镜想用透明胶固定在目镜镜筒上,考虑到出瞳及光线问题,再次采用PVC管接合头固定。
图三目镜、物镜透镜固定成品图
3、接合问题
首先想到的是利用转接头当时,但是细管太粗,必