Моделирование зрительной трубы Кеплера

Цель работы : ознакомиться с оптическими схемами коллиматора, зрительной трубой Кеплера и Галилея, микроскопа, а также моделировать эти схемы из простых линз.

Приборы и принадлежности: оптическая скамья, осветитель, экран со шкалой, набор линз, рейтеры, держатель, зрительная труба.

2.1.1. Описание экспериментальной установки и метода

Согласно рис.1, в зрительную трубу должны входить параллельные лучи, испускаемые бесконечно удаленными источниками света. Можно получить па­раллельные лучи от источников, расположенных на конечном расстоянии, при помощи систем, называемых коллиматорами .

Рис.1

На рис.2 представлена схема коллиматора вместе со зрительной трубой. Точечный источник света располагается в первом фокусе объектива 2 коллима­тора. Очевидно, из объектива выйдут параллельные (коллимированные) лучи. Если на пути таких лучей поставить вспомогательную зрительную трубу 3, то изобра­жение источника света 1 будет видно через эту трубу как изображение удаленного источника. Вместо источника света можно в первом фокусе объектива коллима­тора поставить шкалу, тогда глаз 4 увидит через зрительную трубу изображение шкалы.

Приступая к работе, следует вспомогательную зрительную трубу настро­ить на какой - либо удаленный предмет, например, на видимый из окна объект -дерево, дом и т.п. Это называется "настройкой на бесконечность".

2.1.2. Порядок выполнения работы

Последовательность операций следующая:

1. Собрать коллиматор по схеме рис.2.2, использовав положительную лин­зу 2 с небольшим фокусным расстоянием в качестве объектива.

Линзу следует установить так, чтобы шкала осветителя оказалась прибли­зительно в ее первой фокальной плоскости.

Рис. 2

5. Вычислить увеличения зрительной трубы и по формулам:

/- осветитель; 2 -линза коллиматор (№8); 3 - модель зрительной

трубы (линзы №8,9, 11); 4 - зрительная труба

Рис.3

2.2. Лабораторная работа

Моделирование зрительной трубы Галилея

Цель работы: собрать модель трубы Галилея.

Приборы и п р и н а д л е ж н о с т и : оптическая скамья, набор линз,

рейтеры.

2.2.1, Описание экспериментальной установки и метода

Труба Галилея является одним из простых типов зрительной трубы. Опти­ческая схема представлена на рис 4. Объективом этой трубы является положи­тельная линза, а окуляром - отрицательная, или рассеивающая линза. Задний фокус объектива и передний фокус окуляра совпадают в одной общей точке.

Луч, идущий от бесконечно удаленной точки на оси, падает на высоте . При выходе из объектива этот луч направляется в точку заднего фокуса , но на своем пути встречает отрицательную окулярную линзу. После преломления в ней луч выходит параллельно оптической оси на высоте . Параллельно оси луч выхо­дит вследствие совпадения точек фокусов объектива и окуляра.

Таким образом, если заменить положительный окуляр астрономической тру­бы, отрицательным, получается галилеева (земная) труба, дающая, в отличие от астрономической трубы Кеплера, прямые изображения.

При телескопическом ходе лучей в галилеевой трубе расстояние между объективом и окуляром равно разности их фокусных расстояний.

2.2.2. Порядок выполнения работы

Работу выполняют в следующей последовательности:

1. Собрать коллиматор, как указано в лабораторной работе 2.1.

2.Выбрать длиннофокусную положительную линзу для объектива и корот­кофокусную отрицательную для окуляра.

3. Собрать модель трубы Галилея по рис. 4 учитывая, что пучок парал­лельных лучей входит в линзу-объектив из коллиматора, а резкое изображение шкалы коллиматора наблюдается через вспомогательную зрительную трубу при точном совпадении второго и первого фокусов объектива и окуляра (коллиматор и вспомогательная зрительная труба на рис.4 отсутствуют).

Рис. 4

4. Вычислить увеличение трубы Галилея по формуле (6).

Определить экспериментально увеличение трубы Галилея по формуле:

учитывая, что угловое увеличение зрительной трубы равно отношению тангенсов углов зрения предмета с трубой и без неё.

Для этого предмет - шкала осветителя - наблюдается сначала через две тру­бы: собранную трубу Галилея и вспомогательную, а затем только через вспомога­тельную трубу при снятых со скамьи линзах, составляющих трубу Галилея. В обоих случаях производится измерение наблюдаемой шкалы по окулярной сетке вспомогательной трубы. Если результат измерения через две трубы , то, учиты­вая формулу , получим .

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте ход лучей в системе, состоящей из собирающей и рассеиваю­щей линз?

2. Сравните ход лучей в астрономической трубе Кеплера и зрительной тру­бе Галилея.

3. В чем заключается явление хроматической аберрации, сферической абер­рации?

4. Для каких лучей применима формула линзы?

5. Почему для увеличения глубины резкости фотообъектива его нужно диафрагмировать?

2.3. Лабораторная работа

Моделирование микроскопа

Цель работы: собрать модель микроскопа.

Приборы и принадлежности : оптическая скамья, набор линз, рейтеры.