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望遠鏡的基本原理  望遠鏡是一種用于觀察遠距離物體的目視光學儀器,能把遠物很小的張角按一定倍率放大,使之在像空間具有較大的張角,使本來無法用肉眼看清或分辨的物體變清晰可辨。所以,望遠鏡是天文和地面觀測中不可缺少的工具。它是一種通過物鏡和目鏡使入射的平行光束仍保持平行射出的光學系統。一般分為三種。一、折射望遠鏡,是用透鏡作物鏡的望遠鏡。分為兩種類型:由凹透鏡作目鏡的稱伽利略望遠鏡;由凸透鏡作目鏡的稱開普勒望遠鏡。因單透鏡物鏡色差和球差都相當嚴重,現代的折射望遠鏡常用兩塊或兩塊以上的透鏡組作物鏡。其中以雙透鏡物鏡應用最普遍。它由相距很近的一塊冕牌玻璃制成的凸透鏡和一塊火石玻璃制成的凹透鏡組成,對兩個特定的波長完全消除位置色差,對其余波長的位置色差也可相應減弱(見附圖1)。在滿足一定設計條件時,還可消去球差和彗差。由于剩余色差和其他像差的影響,雙透鏡物鏡的相對口徑較小,一般為1/15-1/20,很少大于1/7,可用視場也不大。口徑小于8厘米的雙透鏡物鏡可將兩塊透鏡膠合在一起,稱雙膠合物鏡 ,留有一定間隙未膠合的稱雙分離物鏡 。為了增大相對口徑和視場,可采用多透鏡物鏡組。對于伽利略望遠鏡來說,結構非常簡單,光能損失少。鏡筒短,很輕便。而且成正像,但倍數小視野窄,一般用于觀劇鏡和玩具望遠鏡。對于開普勒望遠鏡來說,需要在物鏡后面添加棱鏡組或透鏡組來轉像,使眼睛觀察到的是正像。一般的折射望遠鏡都是采用開普勒結構。由于折射望遠鏡的成像質量比反射望遠鏡好,視場大,使用方便,易于維護,中小型天文望遠鏡及許多專用儀器多采用折射系統,但大型折射望遠鏡制造起來比反射望遠鏡困難得多,因為冶煉大口徑的優質透鏡非常困難,且存在玻璃對光線的吸收問題,所以大口徑望遠鏡都采用反射式(見附圖2)。二、反射望遠鏡,是用凹面反射鏡作物鏡的望遠鏡。可分為牛頓望遠鏡(見附圖3)、卡塞格林望遠鏡(見附圖4)等幾種類型。反射望遠鏡的主要優點是不存在色差,當物鏡采用拋物面時,還可消去球差。但為了減小其它像差的影響,可用視場較小。對制造反射鏡的材料只要求膨脹系數較小、應力小和便于磨制。磨好的反射鏡一般在表面鍍一層鋁膜,鋁膜在2000-9000埃波段范圍的反射率都大于80%,因而除光學波段外,反射望遠鏡還適于對近紅外和近紫外波段進行研究。反射望遠鏡的相對口徑可以做得較大,主焦點式反射望遠鏡的相對口徑約為1/5-1/2。5,甚至更大,而且除牛頓望遠鏡外,鏡筒的長度比系統的焦距要短得多,加上主鏡只有一個表面需要加工,這就大大降低了造價和制造的困難,因此目前口徑大于1。34米的光學望遠鏡全部是反射望遠鏡。一架較大口徑的反射望遠鏡,通過變換不同的副鏡,可獲得主焦點系統(或牛頓系統)、卡塞格林系統和折軸系統。這樣,一架望遠鏡便可獲得幾種不同的相對口徑和視場。反射望遠鏡主要用于天體物理方面的工作。 三、折反射望遠鏡,是在球面反射鏡的基礎上,再加入用于校正像差的折射元件,可以避免困難的大型非球面加工,又能獲得良好的像質量。比較著名的有施密特望遠鏡(見附圖5),它在球面反射鏡的球心位置處放置一施密特校正板。它是一個面是平面,另一個面是輕度變形的非球面,使光束的中心部分略有會聚,而外圍部分略有發散,正好矯正球差和彗差。還有一種馬克蘇托夫望遠鏡(見附圖6),在球面反射鏡前面加一個彎月型透鏡,選擇合適的彎月透鏡的參數和位置,可以同時校正球差和彗差。及這兩種望遠鏡的衍生型,如超施密特望遠鏡,貝克—努恩照相機等。在折反射望遠鏡中,由反射鏡成像,折射鏡用于校正像差。它的特點是相對口徑很大(甚至可大于1),光力強,視場廣闊,像質優良。適于巡天攝影和觀測星云、彗星、流星等天體。小型目視望遠鏡若采用折反射卡塞格林系統,鏡筒可非常短小。人的眼睛只能識別大小為0。1 ㎜的物體。顯微鏡是精密的放大儀器,是生物學研究不可缺少的工具。我們用它可以觀察肉眼看不見的微小生物的結構。中學最常用的是光學顯微鏡,為了正確操作、妥善保管和維護顯微鏡,使之延長使用年限,我們必須首先了解顯微鏡的結構和功能。 一臺顯微鏡包括機械裝置和光學系統兩大部分,注意比較和識別。  (一)、顯微鏡的基本結構:  顯微鏡構造很復雜,種類很多,但基本結構是由機械和光學兩大部分構成,現分述如下:  1、機械部分:  它是為光學部分服務的部件,包括以下九部分:  (1)、鏡座:顯微鏡最下面呈馬蹄形或園形的部分,起穩定和支持鏡身作用。  (2)、鏡柱:從鏡座向上直立的短柱。上連鏡臂,下連鏡座,可以支持鏡臂和載物臺。  (3)、鏡臂:彎曲成馬蹄形的部分,便于手持,下端與鏡柱相連接的地方有一個傾斜關節,可使鏡臂傾斜,便于觀察。  (4)、載物臺:自鏡臂下端向前伸出,放置標本用的平臺,其中央有一個園孔,叫通光孔。臺上有一移動器(老式的左右各有一個壓片夾),用以固定和移動標本。  (5)、鏡筒:和鏡臂上方連接的園筒部分。有的顯微鏡鏡筒內有一抽管,可適當抽長,一般長度是160-170毫米。鏡筒上端裝有目鏡,下端有一個可轉動的園盤,叫物鏡轉換器(或叫物鏡旋轉盤,固著在鏡筒下端,分兩層,上層固著不動,下層可自由轉動。轉換器上有2~4個圓孔,用來安裝不同倍數的低倍或高倍物鏡)。作用是保護成像的光路與亮度。  (6)、調節器(也叫調節螺旋):為鏡壁上兩種可轉動的螺旋,一大一小,能使鏡筒上下移動,調節焦距。大的叫粗準焦螺旋,位于鏡臂的上方,可以轉動,以使鏡筒能上下移動,從而調節焦距,升降鏡筒較快,用于低倍鏡對焦;小的叫細準焦螺旋,位于鏡臂的下方,它的移動范圍較粗準焦螺旋小,升降鏡筒較慢,可以細調焦距。  (7)、傾斜關節:鏡柱和鏡臂交界處有一個能活動的關節。它可以使顯微鏡在一定的范圍內后傾(一般傾斜不得超過45°)便于觀察。但是在使用臨時封片觀察時,禁止使用傾斜關節,尤其是裝片內含酸性試劑時嚴禁使用,以免污損鏡體。  (8)、載物臺:從鏡臂向前方伸出的金屬平臺。呈方形或圓形,是放置玻片標本的地方。其中央具有通光孔,在通光孔的左右有一個彈性的金屬壓片夾,用來壓住載玻片。較高級的顯微鏡,在載物臺上常具有推進器,它包括夾片夾和推進螺旋,除夾住切片外,還可使切片在載物臺上移動。  2、光學部分:由目鏡、物鏡、反光鏡、聚光器等四部件組成。  (1)、目鏡:裝于鏡筒上方,由兩組透鏡構成,接目鏡的作用是把接物鏡所形成的倒立實像再放大成為一個虛像。接目鏡上刻有5×,8×,10×,15×,25×等符號,表示放大倍數。我們所觀察到的標本的物像,其放大倍數是接物鏡和接目鏡放大倍數的乘積。如接物鏡是10×,接目鏡是8×,其物像的放大倍數是10×8=80倍。  在接目鏡內兩個透鏡間的光欄上可裝一根剪短的毛發,做為指針,用以指示要觀察的材料。  (2)、物鏡:裝在鏡筒下端物鏡轉換器的孔中,一般的顯微鏡有2~4個接物鏡鏡頭,每個鏡頭都是由一系列的復式透鏡組成的,其上也有放大倍數記號,有4×,10×,40×及100×。4×及10×接物鏡是低倍鏡,40×是高倍鏡,100×是油鏡。低倍鏡常用于搜索觀察對象及觀察標本全貌,高倍鏡則用于觀察標本某部分或較細微的結構,油鏡則常用于觀察微生物或動植物更細微的結構。  (3)、聚光器(集光器):位于載物臺(通光孔)下方,由兩塊或數塊鏡組成,它能將反光鏡反射來的光線集中以射入接物鏡和接目鏡,有的聚光器可升降,便于調光,集光器下有一可伸縮的園形光圈,叫虹彩光圈,可調集光器口徑的大小和照射面,以調節光線強弱(有的顯微鏡只有遮光極而無集光器)。光線過強時,可縮小虹彩光圈。  (4)、反光鏡:是顯微鏡觀察時獲得光源的裝置,位于顯微鏡鏡座中央,一面為平面鏡,一面為凹面鏡。轉動反光鏡,可使外面光線通過集光器照射到標本上。使用時,光線強用平面鏡,光線弱用凹面鏡。  顯微鏡的成像原理(放大原理)  光線→反光鏡→遮光器→通光孔→標本(一定要透明)→物鏡的透鏡(第一次放大成倒立實像)→鏡筒→目鏡(再放大成虛像)→眼。  物鏡的作用:使被觀察物體成一個倒立的放大的實像。像投影儀的鏡頭。  目鏡的作用:把物鏡成的實像,再一次放大成虛像。像放大鏡的鏡頭,把物體的像放大。   (二)顯微鏡的使用方法:  1、取鏡安放:  取鏡  右手握住鏡臂,左手平托鏡座,保持鏡體直立。(特別要禁止單手提著顯微鏡走,防止目鏡從鏡筒中滑脫)。  安放  放置桌邊時動作要輕。一般應在身體的前面,略偏左,鏡筒向前,鏡臂向后,距桌邊7~10 ㎝處,以便觀察和防止掉落。安放目鏡和物鏡。  2、取好光源(調光):用顯微鏡觀察標本前,先要取好光源。首先把顯微鏡放在自己左肩一側臺前,鏡座距桌邊約兩寸,鏡臂朝自己,鏡筒朝外。用手轉動物鏡轉換器,使低倍接物鏡和鏡筒成一直線,正對通光孔。用左眼從接目鏡向下注視,同時用手撥動反光鏡,讓鏡面對著光源,當看到園形鏡界(視野)呈現光亮而均勻的時候即調好光了,如視野陰暗不明,則需再調節反光鏡和集光器,直到視野明亮均勻為止。  3、低倍鏡的使用:  觀察任何標本都必須先用低倍鏡。  (1)放置切片  升高鏡筒,把玻片標本放在載物臺中央,標本材料正對通光孔的中心,用壓片夾壓住載玻片的兩端。  (2)調焦  將要觀察的玻片標本放在載物臺通光孔的中央,玻片標本兩端用壓片夾夾緊,再用手沿順時針方向旋轉粗調節器,把鏡筒徐徐降到接物鏡頭差不多接近玻片標本(約半厘米)為止(從側面觀察下降鏡筒)。然后左眼觀察,邊觀察邊用調節器將鏡筒徐徐上升(逆時針方向旋轉粗調節器)直到發現物象,觀察清晰為止。如果不夠清楚,可用細準焦螺旋調節。(不可以在調焦時邊觀察邊使鏡筒下降,以免壓碎裝片和鏡頭。)  (3)低倍鏡的觀察  由所用的目鏡放大倍數與物鏡放大倍數相乘,即為原物被放大的倍數。如果物像不在視野中央,要慢慢移動到視野中央,適當再進行調節。  4、高倍鏡的使用  (1)選好目標  如果要觀察視野內某部分更細微的結構,則需要用高倍鏡觀察。先用低倍物鏡確定要觀察的目標,將其移至視野中央。轉動轉換器,把低倍物鏡輕輕移開,原位置小心換上高倍物鏡。再用粗調節器徐徐將鏡筒距離調整,至視野中出現物象,然后用細調節器調節到看清物象止。(用高倍物鏡工作距離較短,操作要十分仔細,以防鏡頭碰擊玻片)。  (2)調焦  在正常情況下,當高倍物鏡轉正之后,在視野中央即可見到模糊的物像,只要向反時針方向略微調動細準焦螺旋,既可獲得清晰的物像。  在換上高倍物鏡觀察時,視野變小變暗,要重新調節視野亮度,可升高聚光器或利用凹面反光鏡。  5、油鏡的使用:  高倍鏡下觀察的標本,如果放大倍數還不夠,可用油鏡,換用前,同樣要先在高倍鏡下觀察,把要觀察的部分放在視野的正中央。觀察到清晰的物象之后,在蓋玻片上表面的中央滴一小滴香柏油,再換上油鏡頭,使油鏡頭與香柏油接觸,然后由目鏡觀察 。一邊觀察,一邊用手稍移動細調節器(切忌用粗調節器)以看清物象。用油鏡觀察完畢后,轉開油鏡,必須用擦鏡紙點二甲苯擦去鏡頭上的香柏油。下降鏡筒,直立反光鏡,使光學部件的光線不再對在一條直線上。  應當了解的是,在顯微鏡中觀察到的物象是倒象,因此移動玻片時,應注意移動方向。如果要使物象左移動就要向右移動玻片,同樣要使物象向前移動,就要向后移動玻片。  6、使用后的整理  觀察結束,應先將鏡筒升高,聚光器下降,再取下切片,然后轉動轉換器,使物鏡與通光孔錯開,做好清潔工作。清潔完畢,再下降鏡筒,使兩個物鏡位于載物臺上通光孔的兩側,呈“八”字形,將反光鏡轉至與載物臺垂直,罩上防塵罩,仍用右手握住鏡臂,左手平托鏡座,按號放回鏡箱中。  (三)、顯微鏡的保養:  (1)取送顯微鏡時,必須右手握住鏡臂,左手托住鏡座,輕拿輕放。  (2)顯微鏡的使用,一定要按實驗指導寫的方法和步驟,認真仔細去做,不然,容易損壞標本和鏡頭,又達不到看清物象的目的。  (3)觀察標本時,一定要先用低倍鏡觀察,再用高倍鏡,低倍鏡能看清,就不必用高倍鏡。  (4)不能用硬紙擦透鏡,必須用干凈的擦鏡紙或細軟紗布,朝一個方向擦試透鏡,以免損壞鏡頭。  (5)不要隨便轉動粗細調節器,以免機器損傷,調節失靈。   (6)載物臺要保持清潔、干凈,不要讓水或其他液體(酸、堿或其他化學藥品等)流到臺上,以免生銹或腐蝕。  (7)避免陽光直接照射,要防潮濕、防灰塵,經常保持鏡體和鏡體箱的干燥和清潔。 。

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