Лабораторная работа № 3,3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ МИКРОСКОПА
Приборы и принадлежности: Микроскоп, дифракционная решетка,

миллиметровая линейка.
Простейший микроскоп состоит из короткофокусного объектива за длиннофокусного окуляра, основной частью которых являются линзы.

Линзами называются чечевицеобразные прозрачные тела, ограниченные двумя сферическими поверхностями. Чаще всего линзы бывают стеклянные с очень тщательно отполированными сферическими поверхностями

По оптическим свойствам линзы делятся на собирающие и рассеивающие. После прохождения через собирающую линзу угол рас­хождения светового луча уменьшается, превращается в параллельный или даже сходящийся. Линза будет собирающей, если ее середина толще, чем края. В противном случае линза - рассеивающая.

Точки 0₁ и 0₂ обозначают центры кривизны сферических поверхностей линзы. Линия 0₁, 0₂ - главная оптическая ось линзы

На оптической оси (внутри линзы) находится точка 0 называемая центром линзы. Лучи, проходящие через центр линзы, не изменяют своего направления.
Лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси, собираются в точке, называемой главным фокусом линзы F (рис.З).



Можно показать, что



где R₁ и R₂ - радиусы кривизны поверхностей линзы, n - показатель преломления материала линзы.

Величина 1/F=D называется оптической силой линзы.

С другой стороны, зависимость между фокусным расстоянием F, расстоянием d от центра линзы до предмета и расстоянием f от центра линзы до изображения выражается следующей формулой:



Таким образом, формула линзы записывается;



Эта формула легко выводится по волновой теории. На рис. 4 изображена собирающая линза, а 0

---

₁0₂ - ее главная оптическая ось.



От источника S за линзу падает сферическая световая волна AС'С. Так как скорость света в стекле меньше, чем в воздухе, то путь С'D', пройденный волной в стекле, меньше, чем путь AB, пройденный ею за то же время в воздухе. Вследствие этого, пройдя через линзу, фронт волны изменит свою кривизну (станет вогнутым), все лучи при этом сойдутся в точке S'. Таким образом, точка S является местом, где получилось изображение источника света S

Обозначим время, в течение которого волна прошла по воздуху расстояние АВ. В таком случае АВ=с*t, где с – скорость света в воздухе.

За то же время t волна прошла через стекло расстояние C’D’=V*t




Отношение

Равно показателю преломления стекла n.

И з этой формулы следует, что


Обозначим соответствующие участки на оптической оси через a,b,e,k. Тогда предыдущую формулу можно записать так: a+b+e+k = (b+e)*n
Откуда a+k = (n-1)(b+e) (2)

Из треугольника SAC’

d² = h²+(d-a)² или d²=h²+d²-2da+a²

Величиной a² можно пренебречь, т.к. а<



Поэтому (3)

Аналогично можно доказать, что
( 3')

Подставляя 3 и 3’ в 2, получим:
( 4)

Это и есть формула тонкой линзы. Из формулы видно, что расстояние f до изображения зависит не только от положения d предмета, но и от показателя преломления стекла n и радиусов кривизны сферических поверхностей линзы,
Построение изображения в собирающей линзе.
Изображение в линзах строят с помощью 3 лучей, ход которых заранее известен:

1. 
   луч, идущий от точки B через главный фокус f, идет параллельно главной оптической оси после прохождения линзы,
   

2, луч, идущий параллельно главной оптической оси, после преломления идет через главный фокус f,

3, луч., идущий через оптический центр линзы, не преломляется

---

Аналогично строится изображение предмета, расположенного за двойным фокусом 2f
.
Изображение A1B1 – уменьшенное, перевёрнутое и действительное.

Ход лучей в лупе можно изобразить, если предмет поместить между фокусом и линзой.


Изображение получается увеличенное, перевернутое и мнимое. Ход лучей в микроскопе.

Объекте и окуляр микроскопа подбирают так, чтобы премет АВ находился между фокусом и двойным фокусом, а изображение после объектива попадало между фокусом окуляра и самим скуляром (окуляр должен "действовать" как лупа ).


Изображение A'' и B'' в микроскопе получается

увеличенное, перевернутое и мнимое.
Увеличение микроскопа
Увеличением микроскопа называется отношение линейных размеров изображения к линейным размерам предмета:



где W_об и W_ok - увеличение объектива и окуляра, АВ - размеры предмета, А'В' - размеры изображения в объективе, А"В" - Размеры изображения в окуляре.

Разрешающая сила микроскопа
О бъектив всякого оптического прибора обязательно имеет входное отверстие. Дифракция света на входном отверстии объектива неизбежно ведет к тому, что изображение отдельных точек предмета оказываются уже не точками, а светлыми дисками, окаймленными темными и светлыми кольцами. Если диски перекрываются более чем на радиус, то раздельное видение точек становится невозможный; прибор уже не разделяет, или, как говорят не разрешает такие точки. Наименьшее расстояние, при котором две точки предмета еще можно видеть раздельно, называют разрешаемым расстоянием. Расчеты показывают, что для микроскопа оно равно;

---

Разрешающую способность микроскопа измеряют величиной, обратной разрешаемому расстоянию 1/dZ.

Недостатки оптических систем.

Строго говоря, четкое и правильное изображение в линзах получается в случае, если лучи падают на линзу под малым исходящим углом. Практически же лучи падают на линзу в большинстве случаев под значительным углом. Кроме того, в формуле линзы



присутствует показатель преломления n, который зависит от длины волны.

Эти причины приводят к недостаткам изображения в линзах.

Приведем некоторое из этих недостатков.



1. Сферическая аберрация. Это явление заключается в том, что лучи, удаленные от главной оптической оси, сильнее преломляются линзой, чем лучи, близкие к оси. Вследствие этого изображение светящейся точка на экране имеет вид светлого пятна. Для устранения сферической аберрации создают систему из выпуклой и вогнутой линз.



2. Хроматическая аберрация. Проходя через линзу, белые лучи разлагаются в спектр, поскольку показатель преломления зависит от длины волна и, следовательно, фокусное расстояние линзы для лучей разной длины волны различно. Как следствие, изображение белого источника света оказывается на экране окрашенным. Для исправления хроматической аберрации создают системы называемые ахроматическими (системы линз, изготовленных из стекол с разной дисперсией, т.е., разным коэффициентом преломления).

3. Астигматизм. Астигматизм наблюдается при образовании изображения точки, посылающей лучи под значительным углом к главной оптической оси (косые лучи).



При этом, все лучи, посылаемые точкой S, собраться в одной точке не могут и изображение получается в виде двух взаимно перпендикулярных линий S₁ и S₂, находящихся в

разных местах. Это ведет к размытию изображения. Такая погрешность носит название астигматизма. Астигматизм устраняется подбором различных линз.

---

Порядок выполнения работы.

Устанавливают осветительное зеркальце микроскопа 8 так, чтобы поле зрения было хорошо освещено. Наблюдают дифракционную решетку 10, глядя в полупрозрачное отверстие на зеркале насадки 11.

Поворачивают насадку так, чтобы в зеркале была видна измерительная линейка, и наблюдают изображение линейки, наложенное на изображение дифракционной решетки.



3. Необходимо так установить дифракционную решетку и линейку, чтобы штрихи решетки были перпендикулярны линейке. Для этого поворачивают предметный столик микроскопа 9 или саму насадку и передвигают линейку вдоль планки 13.

4. Считают, сколько деления линейки и занимает заданное число пар n черных и белых полос дифракционной решетки, и вычисляют увеличение микроскопа по формуле:
W=N/(a+b)*n
5« Определяют среднее значение W.

N	N, мм	n	(a+b), мм	W
1
2
3
Среднее значение

Контрольные вопросы

1. 
   Что мы называем линзой? Разновидности линз. Оптическая ось, оптический центр и главный фокус.
   
2. 
   Вывод формулы линзы из волновой теории.
   
3. 
   Построение изображения в линзах
   
4. 
   Построение изображения в микроскопе
   
5. 
   Увеличение микроскопа
   
6. 
   Разрешающая способность микроскопа
   
7. 
   Недостаток изображения в линзах
   
8. 
   Измерительная установка. Ход выполнения работы.
   

---

Смотрите также файлы

• Основная образовательная программа сх. 5969. 2019 Физическая культура Группа 19145 Круглова Татьяна Николаевна Оценка отлично.docx

• Курсовой проект марченко Расчет ректификационный колонны, установки перегонки нефти.docx

• Вопрос Что должен предпринять работодатель, если сотрудник не соответствует требованиям профстандарта.rtf

• Решение Приведем все платежи к третьему году 20 10 (10,12) fv (10,12) 2 101,12 fv0,7972.docx

• Отчет о прохождении учебной практики пм. 03 Методическое обеспечение организации физкультурной и спортивной деятельности.docx