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望远镜的基本原理  望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器,能把远物很小的张角按一定倍率放大,使之在像空间具有较大的张角,使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以,望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。一般分为三种。一、折射望远镜,是用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型:由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜;由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重,现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成,对两个特定的波长完全消除位置色差,对其余波长的位置色差也可相应减弱(见附图1)。在满足一定设计条件时,还可消去球差和彗差。由于剩余色差和其他像差的影响,双透镜物镜的相对口径较小,一般为1/15-1/20,很少大于1/7,可用视场也不大。口径小于8厘米的双透镜物镜可将两块透镜胶合在一起,称双胶合物镜 ,留有一定间隙未胶合的称双分离物镜 。为了增大相对口径和视场,可采用多透镜物镜组。对于伽利略望远镜来说,结构非常简单,光能损失少。镜筒短,很轻便。而且成正像,但倍数小视野窄,一般用于观剧镜和玩具望远镜。对于开普勒望远镜来说,需要在物镜后面添加棱镜组或透镜组来转像,使眼睛观察到的是正像。一般的折射望远镜都是采用开普勒结构。由于折射望远镜的成像质量比反射望远镜好,视场大,使用方便,易于维护,中小型天文望远镜及许多专用仪器多采用折射系统,但大型折射望远镜制造起来比反射望远镜困难得多,因为冶炼大口径的优质透镜非常困难,且存在玻璃对光线的吸收问题,所以大口径望远镜都采用反射式(见附图2)。二、反射望远镜,是用凹面反射镜作物镜的望远镜。可分为牛顿望远镜(见附图3)、卡塞格林望远镜(见附图4)等几种类型。反射望远镜的主要优点是不存在色差,当物镜采用抛物面时,还可消去球差。但为了减小其它像差的影响,可用视场较小。对制造反射镜的材料只要求膨胀系数较小、应力小和便于磨制。磨好的反射镜一般在表面镀一层铝膜,铝膜在2000-9000埃波段范围的反射率都大于80%,因而除光学波段外,反射望远镜还适于对近红外和近紫外波段进行研究。反射望远镜的相对口径可以做得较大,主焦点式反射望远镜的相对口径约为1/5-1/2。5,甚至更大,而且除牛顿望远镜外,镜筒的长度比系统的焦距要短得多,加上主镜只有一个表面需要加工,这就大大降低了造价和制造的困难,因此目前口径大于1。34米的光学望远镜全部是反射望远镜。一架较大口径的反射望远镜,通过变换不同的副镜,可获得主焦点系统(或牛顿系统)、卡塞格林系统和折轴系统。这样,一架望远镜便可获得几种不同的相对口径和视场。反射望远镜主要用于天体物理方面的工作。 三、折反射望远镜,是在球面反射镜的基础上,再加入用于校正像差的折射元件,可以避免困难的大型非球面加工,又能获得良好的像质量。比较著名的有施密特望远镜(见附图5),它在球面反射镜的球心位置处放置一施密特校正板。它是一个面是平面,另一个面是轻度变形的非球面,使光束的中心部分略有会聚,而外围部分略有发散,正好矫正球差和彗差。还有一种马克苏托夫望远镜(见附图6),在球面反射镜前面加一个弯月型透镜,选择合适的弯月透镜的参数和位置,可以同时校正球差和彗差。及这两种望远镜的衍生型,如超施密特望远镜,贝克—努恩照相机等。在折反射望远镜中,由反射镜成像,折射镜用于校正像差。它的特点是相对口径很大(甚至可大于1),光力强,视场广阔,像质优良。适于巡天摄影和观测星云、彗星、流星等天体。小型目视望远镜若采用折反射卡塞格林系统,镜筒可非常短小。人的眼睛只能识别大小为0。1 ㎜的物体。显微镜是精密的放大仪器,是生物学研究不可缺少的工具。我们用它可以观察肉眼看不见的微小生物的结构。中学最常用的是光学显微镜,为了正确操作、妥善保管和维护显微镜,使之延长使用年限,我们必须首先了解显微镜的结构和功能。 一台显微镜包括机械装置和光学系统两大部分,注意比较和识别。  (一)、显微镜的基本结构:  显微镜构造很复杂,种类很多,但基本结构是由机械和光学两大部分构成,现分述如下:  1、机械部分:  它是为光学部分服务的部件,包括以下九部分:  (1)、镜座:显微镜最下面呈马蹄形或园形的部分,起稳定和支持镜身作用。  (2)、镜柱:从镜座向上直立的短柱。上连镜臂,下连镜座,可以支持镜臂和载物台。  (3)、镜臂:弯曲成马蹄形的部分,便于手持,下端与镜柱相连接的地方有一个倾斜关节,可使镜臂倾斜,便于观察。  (4)、载物台:自镜臂下端向前伸出,放置标本用的平台,其中央有一个园孔,叫通光孔。台上有一移动器(老式的左右各有一个压片夹),用以固定和移动标本。  (5)、镜筒:和镜臂上方连接的园筒部分。有的显微镜镜筒内有一抽管,可适当抽长,一般长度是160-170毫米。镜筒上端装有目镜,下端有一个可转动的园盘,叫物镜转换器(或叫物镜旋转盘,固着在镜筒下端,分两层,上层固着不动,下层可自由转动。转换器上有2~4个圆孔,用来安装不同倍数的低倍或高倍物镜)。作用是保护成像的光路与亮度。  (6)、调节器(也叫调节螺旋):为镜壁上两种可转动的螺旋,一大一小,能使镜筒上下移动,调节焦距。大的叫粗准焦螺旋,位于镜臂的上方,可以转动,以使镜筒能上下移动,从而调节焦距,升降镜筒较快,用于低倍镜对焦;小的叫细准焦螺旋,位于镜臂的下方,它的移动范围较粗准焦螺旋小,升降镜筒较慢,可以细调焦距。  (7)、倾斜关节:镜柱和镜臂交界处有一个能活动的关节。它可以使显微镜在一定的范围内后倾(一般倾斜不得超过45°)便于观察。但是在使用临时封片观察时,禁止使用倾斜关节,尤其是装片内含酸性试剂时严禁使用,以免污损镜体。  (8)、载物台:从镜臂向前方伸出的金属平台。呈方形或圆形,是放置玻片标本的地方。其中央具有通光孔,在通光孔的左右有一个弹性的金属压片夹,用来压住载玻片。较高级的显微镜,在载物台上常具有推进器,它包括夹片夹和推进螺旋,除夹住切片外,还可使切片在载物台上移动。  2、光学部分:由目镜、物镜、反光镜、聚光器等四部件组成。  (1)、目镜:装于镜筒上方,由两组透镜构成,接目镜的作用是把接物镜所形成的倒立实像再放大成为一个虚像。接目镜上刻有5×,8×,10×,15×,25×等符号,表示放大倍数。我们所观察到的标本的物像,其放大倍数是接物镜和接目镜放大倍数的乘积。如接物镜是10×,接目镜是8×,其物像的放大倍数是10×8=80倍。  在接目镜内两个透镜间的光栏上可装一根剪短的毛发,做为指针,用以指示要观察的材料。  (2)、物镜:装在镜筒下端物镜转换器的孔中,一般的显微镜有2~4个接物镜镜头,每个镜头都是由一系列的复式透镜组成的,其上也有放大倍数记号,有4×,10×,40×及100×。4×及10×接物镜是低倍镜,40×是高倍镜,100×是油镜。低倍镜常用于搜索观察对象及观察标本全貌,高倍镜则用于观察标本某部分或较细微的结构,油镜则常用于观察微生物或动植物更细微的结构。  (3)、聚光器(集光器):位于载物台(通光孔)下方,由两块或数块镜组成,它能将反光镜反射来的光线集中以射入接物镜和接目镜,有的聚光器可升降,便于调光,集光器下有一可伸缩的园形光圈,叫虹彩光圈,可调集光器口径的大小和照射面,以调节光线强弱(有的显微镜只有遮光极而无集光器)。光线过强时,可缩小虹彩光圈。  (4)、反光镜:是显微镜观察时获得光源的装置,位于显微镜镜座中央,一面为平面镜,一面为凹面镜。转动反光镜,可使外面光线通过集光器照射到标本上。使用时,光线强用平面镜,光线弱用凹面镜。  显微镜的成像原理(放大原理)  光线→反光镜→遮光器→通光孔→标本(一定要透明)→物镜的透镜(第一次放大成倒立实像)→镜筒→目镜(再放大成虚像)→眼。  物镜的作用:使被观察物体成一个倒立的放大的实像。像投影仪的镜头。  目镜的作用:把物镜成的实像,再一次放大成虚像。像放大镜的镜头,把物体的像放大。   (二)显微镜的使用方法:  1、取镜安放:  取镜  右手握住镜臂,左手平托镜座,保持镜体直立。(特别要禁止单手提着显微镜走,防止目镜从镜筒中滑脱)。  安放  放置桌边时动作要轻。一般应在身体的前面,略偏左,镜筒向前,镜臂向后,距桌边7~10 ㎝处,以便观察和防止掉落。安放目镜和物镜。  2、取好光源(调光):用显微镜观察标本前,先要取好光源。首先把显微镜放在自己左肩一侧台前,镜座距桌边约两寸,镜臂朝自己,镜筒朝外。用手转动物镜转换器,使低倍接物镜和镜筒成一直线,正对通光孔。用左眼从接目镜向下注视,同时用手拨动反光镜,让镜面对着光源,当看到园形镜界(视野)呈现光亮而均匀的时候即调好光了,如视野阴暗不明,则需再调节反光镜和集光器,直到视野明亮均匀为止。  3、低倍镜的使用:  观察任何标本都必须先用低倍镜。  (1)放置切片  升高镜筒,把玻片标本放在载物台中央,标本材料正对通光孔的中心,用压片夹压住载玻片的两端。  (2)调焦  将要观察的玻片标本放在载物台通光孔的中央,玻片标本两端用压片夹夹紧,再用手沿顺时针方向旋转粗调节器,把镜筒徐徐降到接物镜头差不多接近玻片标本(约半厘米)为止(从侧面观察下降镜筒)。然后左眼观察,边观察边用调节器将镜筒徐徐上升(逆时针方向旋转粗调节器)直到发现物象,观察清晰为止。如果不够清楚,可用细准焦螺旋调节。(不可以在调焦时边观察边使镜筒下降,以免压碎装片和镜头。)  (3)低倍镜的观察  由所用的目镜放大倍数与物镜放大倍数相乘,即为原物被放大的倍数。如果物像不在视野中央,要慢慢移动到视野中央,适当再进行调节。  4、高倍镜的使用  (1)选好目标  如果要观察视野内某部分更细微的结构,则需要用高倍镜观察。先用低倍物镜确定要观察的目标,将其移至视野中央。转动转换器,把低倍物镜轻轻移开,原位置小心换上高倍物镜。再用粗调节器徐徐将镜筒距离调整,至视野中出现物象,然后用细调节器调节到看清物象止。(用高倍物镜工作距离较短,操作要十分仔细,以防镜头碰击玻片)。  (2)调焦  在正常情况下,当高倍物镜转正之后,在视野中央即可见到模糊的物像,只要向反时针方向略微调动细准焦螺旋,既可获得清晰的物像。  在换上高倍物镜观察时,视野变小变暗,要重新调节视野亮度,可升高聚光器或利用凹面反光镜。  5、油镜的使用:  高倍镜下观察的标本,如果放大倍数还不够,可用油镜,换用前,同样要先在高倍镜下观察,把要观察的部分放在视野的正中央。观察到清晰的物象之后,在盖玻片上表面的中央滴一小滴香柏油,再换上油镜头,使油镜头与香柏油接触,然后由目镜观察 。一边观察,一边用手稍移动细调节器(切忌用粗调节器)以看清物象。用油镜观察完毕后,转开油镜,必须用擦镜纸点二甲苯擦去镜头上的香柏油。下降镜筒,直立反光镜,使光学部件的光线不再对在一条直线上。  应当了解的是,在显微镜中观察到的物象是倒象,因此移动玻片时,应注意移动方向。如果要使物象左移动就要向右移动玻片,同样要使物象向前移动,就要向后移动玻片。  6、使用后的整理  观察结束,应先将镜筒升高,聚光器下降,再取下切片,然后转动转换器,使物镜与通光孔错开,做好清洁工作。清洁完毕,再下降镜筒,使两个物镜位于载物台上通光孔的两侧,呈“八”字形,将反光镜转至与载物台垂直,罩上防尘罩,仍用右手握住镜臂,左手平托镜座,按号放回镜箱中。  (三)、显微镜的保养:  (1)取送显微镜时,必须右手握住镜臂,左手托住镜座,轻拿轻放。  (2)显微镜的使用,一定要按实验指导写的方法和步骤,认真仔细去做,不然,容易损坏标本和镜头,又达不到看清物象的目的。  (3)观察标本时,一定要先用低倍镜观察,再用高倍镜,低倍镜能看清,就不必用高倍镜。  (4)不能用硬纸擦透镜,必须用干净的擦镜纸或细软纱布,朝一个方向擦试透镜,以免损坏镜头。  (5)不要随便转动粗细调节器,以免机器损伤,调节失灵。   (6)载物台要保持清洁、干净,不要让水或其他液体(酸、碱或其他化学药品等)流到台上,以免生锈或腐蚀。  (7)避免阳光直接照射,要防潮湿、防灰尘,经常保持镜体和镜体箱的干燥和清洁。 。

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