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Versuch Nr. 16 16. Optische Instrumente
Aufgaben: Die folgenden Aufgaben sollen Ihnen u.a. zeigen, wie man die Wirkungsweise der einfachen optischen Instrumente auf einige wenige Prinzipien der geometrischen Optik zurückführen kann. Es wird deshalb empfohlen, die Aufgaben in der angegebenen Reihenfolge zu behandeln. Unter Lateralvergrößerung oder einfach Vergrößerung sei jeweils das Verhältnis von vertikaler Bildgröße zu vertikaler Gegenstandsgröße verstanden; sie kann in den verschiedesten Formen durch instrumentelle Konstanten ausgedrückt werden (siehe Literatur). 1. Schattenriß. Ermitteln Sie experimentell (3-4 Meßwerte) den Zusammenhang zwischen Lateralvergrößerung bs und Abstand y zwischen Gegenstand und Mattscheibe und vergleichen Sie das Ergebnis mit der Theorie des idealen Schattenrisses (punktförmige Lichtquelle). Leiten Sie den Zusammenhang zwischen y und der hier vorliegenden Bildschärfe her. Alle Ergebnisse können in einem Schaubild vereinigt werden. 2. Lochkamera. Beschreiben und begründen Sie, was Sie auf der Mattscheibe von hinten beobachten, wenn Sie zunächst die Irisblende schließen und sodann eine Mattfolie vor die Öfnung des Gegenstandschirms geben. Ermitteln Sie experimentell die Lateralvergrößerung bL der Lochkamera in Abhängigkeit vom Abstand x zwischen Lochblende und Mattscheibe und vergleichen Sie das Ergebnis mit der Theorie der idealen Lochkamera (punktförmige Öffnung). Leiten Sie den Zusammenhang zwischen x und der Bildschärfe bei fest vorgegebener Irisöffnung her. Alle Ergebnisse können wieder übersichtlich in einem Schaubild vereinigt werden 3. Fotoapparat und Projektionsapparat. Ersetzen Sie die Iris durch die mitgegebene Linse (Objektiv) der Brennweite 80mm. Ermitteln Sie die Vergrößerungsverhältnisse bp(x) und bF(x) in Projektions- und Fotoapparatstellung des Objektives und tragen Sie diese Werte in das obige Schaubild bL(x) ein. Was schließen Sie aus dem Ergebnis? Bildqualität gegenüber der Lochkamera? 4. Fernrohr. a) Bilden Sie mit Hilfe der langbrennweitigsten Linse (hier Objektiv) die Berek-Zeichnung auf einem Blatt Papier oder einer Mattscheibe ab (die Bildqualität wird i.a. schlecht sein, weil das Berek-Bild zu lichtschwach ist). Versuchen Sie sodann,dieses " Zwischenbild ", nachdem Sie seine Lage kennen, direkt mit dem unbewaffneten Auge zu beobachten: Warum ist es zweckmäßig, eine Lupe zu benutzen? b) Wählen Sie als Lupe (hier Okular) aus den vorhandenen Linsen diejenige mit der zweitkleinsten Brennweite und bringen Sie das Zwischenbild in ihre Brennebene. Bestimmen Sie die Vergrößerung des so konstruierten Fernrohrs, wenn möglich mit mehren Methoden. c) Wenn Sie daran interessiert sind, können Sie zu Ihrer Erbauung die wichtigsten Linsenfehler mit dem Fernrohr anhand der Berek-Zeichnung qualitativ studieren.Es kann dabei zur Vereinfachung angenommen werden, daß die auftretenden Fehler im wesentlichen dem Objektiv zuzuschreiben sind und vom Okular lediglich vergrößert werden. Die Filter dienen zum Studieren der Farbfehler. die Bildqualität sollte sich verbessern, wenn Sie Achromate anstelle der einfachen Linsen ins MOB-Gestänge einhängen. 5. Mikroskop. Sie können das Fernrohr mit einem Handgriff in ein Mikroskop umrüsten, wenn Sie anstelle der langbrennweitigen Fernrohrlinse die kurzbrennweitigste der bereitliegenden Linsen in das MOB-Gestänge einhängen. Als Beobachtungsgegenstand kann Ihnen z.B. eines der mitgegebenen Objektivmikrometer dienen, auf dessen Skala scharf einzustellen ist. a) Bestimmen Sie die Objektivvergrößerung und die Gesamtvergrößerung des von Ihnen konstruierten Mikroskops für mehrere Abstände Objektiv-Okular (Tubuslänge). b) Bestimmen Sie den Abstand des Einfangdoppelstrichs des beigegebenen Fadenkreuzes. c) Ersetzen Sie Okular und Objektiv durch kommerzielles Mikroskopzubehör und erzeugen Sie ein scharfes Bild vom Objektivmikrometer. Die höchste Bildqualität erhalten Sie, wenn der Anschlagring des Okulars und der Gewindeansatz des Objektivs den auf dem Objektiv eingravierten Abstand der mechanischen Tubuslänge (hier 170mm) haben. Gesamtvergrößerung? Hinweise:
Literatur:
Stichworte zur Vorbereitung:
**Entnommen aus dem Bausatz " Mikrooptische Bank " der Firma Spindler & Hoyer |
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(c) Experimentelle Physik, Universität Ulm 04. Dezember 2001
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