Физика ответы на экзаменационные вопросы стомат
.pdf
Ответы на экзаменационные вопросы
Дифракционная решетка.
c |
a |
|
|
A |
|
D |
В |
α |
b |
α |
α |
Собирательная линза
F
экран
I |
К=0 |
К=-1 |
К=1 |
К=2
sinx
0
Рис. 20. Прохождение света через дифракционную решетку.
c a b - постоянная решетки
Вторичные волны как от разных участков одной щели, так и от разных щелей будут интерферировать, формирую дифракционную картину. Найдем только те направления, по которым распространяющиеся вторичные волны будут приходить в фазе и усиливаться. На экране они дадут систему главных максимумов, т.е. наиболее яркие участки дифракционной картины.
BD c sin k - условие главных максимумов дифракционной решетки.
61
Физика |
стоматологический факультет |
|
|
|
|
17. Оптическая микроскопия. Устройство микроскопа. Ход лучей. Увеличение микроскопа. Разрешающая способность, предел разрешения. Опыты Аббе. Полезное увеличение. Пути повышения разрешающей способности микроскопа. Специальные методы микроскопии.
Микроскоп представляет собой систему двух линз – короткофокусный объектив и длиннофокусный окуляр. Объектив дает действительное обратное изображение предмета. А окуляр работает как лупа, т.к. изображение предмета, сформированное объективом, попадает в фокальную плоскость окуляра. Параллельный пучок, выходящий из окуляра преломляясь в средах глаза, дает на сетчатке глаза изображение предмета.
|
∆ |
B |
Fок |
0 |
B’ |
F |
Fоб |
Рис. 21. Схема построение изображения на сетчатке при использовании линзы
Г |
Bc' |
/ микр |
|
B' a |
0 |
|
a |
0 |
Г |
|
Г |
|
увеличение микро- |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Вб / микр |
Fок В |
Fок Fок |
ок |
об |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
скопа, где
a0 = 25 см
- оптическая длина тубуса
Соответствующим подбором линз можно обеспечить достаточно большое увеличение микроскопа. Однако это бессмысленно, так как возможность различения мелких деталей предмета нарушается явлением дифракции. При прохождении света через мельчайшие детали объекта происходит дифракция, в результате которой изображение деталей теряет резкость, а может и вообще не сформироваться. Свойство оптической системы давать раздельное изображение двух близко расположенных точек называют разрешающей способностью системы и характеризуют наименьшим возможным расстоянием между этими точками –
пределом разрешения оптической системы.
Предел разрешения микроскопа – наименьшее расстояние между двумя различными в микроскопе точками предмета.
62
Ответы на экзаменационные вопросы
Разрешающая способность – величина обратная пределу разреше-
ния.
Опыты Аббе
Основным элементом, обуславливающим разрешающую способность микроскопа, является объектив. Для выяснения роли объектива формировании изображения на предметный столик микроскопа помещалась дифракционная решетка.
|
2’ |
К=0 |
1’ |
К=1
Дифракционная |
Плоскость |
Плоскость |
решетка |
первичного |
вторичного |
|
изображе- |
изображе- |
Рис. 22. Дифракционная решетка. Опыт Аббе.
Закрывая и открывая дифракционные максимумы в плоскости первичного изображения, Аббе установил, что для получения изображения решетки в плоскости вторичного изображения необходимо, чтобы в формировании этого изображения принимали участия лучи нулевого и,
по крайней мере, одного из боковых максимумов. c sin k
k 1 sin c
Чем меньше характерный размер, на который происходит дифракция, тем больше угол, на который рассеивается луч, формирующий первичный максимум.
|
K0 max |
U – апертурный угол объектива |
U |
(угол между крайними лучами, |
|
|
|
входящими в объектив) |
63
Физика |
стоматологический факультет |
|
|
|
|
c Z |
|
|
sinU |
||
|
||
При наличии2 конденсора (обеспечивает сходящиеся лучи) |
||
Z 0,5
sinU 2
С учетом n – показателя преломления среды между объективом и окуляром
Z |
0,5 |
|
|
0,5 |
, |
|
n sinU |
2 |
A |
||||
|
|
|
||||
где A – числовая апертура. |
||||||
Полезное увеличение микроскопа определяется тем, что детали разрешаемые объективом будут разрешаться и глазом. Изображение детали предмета, равное пределу разрешения объектива должно соответствовать пределу разрешения глаза (не меньше) после увеличения в окуляре.
Г |
|
|
Z ' |
|
0,2мм |
- отношение предела разрешения глаза к |
полезн |
|
|
||||
|
|
Z |
|
Z |
||
|
|
|
|
|||
пределу разрешения объектива.
Для повышения разрешающей способности микроскопа следу-
ет:
1. Уме ньша ть пр едел ра зре ше ни я о бъе кти ва .
Для освещения объекта применяют более короткие длины волн, например, в ультрафиолетовом микроскопе в объективе – кварц.
Используют электронный микроскоп, в котором вместо света применяют поток электронов на препарат. Движущиеся элементарные частицы обладают волновыми свойствами: длина волны движущейся час-
тицы |
|
h |
, где h – постоянная Планка eU |
- работа электрического |
||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||
поля |
|
mv |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mv2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
m, v – масса и скорость частицы |
|
|
|
|
- кинетическая работа на |
|||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|||||||||||||||||||
выходе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
mv2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
eU v |
2eU |
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
h |
|
|||||||
2 |
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
m |
|
2eU |
|
|
2meU |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
64 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответы на экзаменационные вопросы
Z |
|
0,5h |
|
U=100кВт Z~0,01нм |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
2meU n sinU |
2 |
|
|
2. Уве ли чи ва ть ап ер тур у . Достигается, если между объектом |
|||||
и объективом поместить среду с показателем преломления большим, чем у воздуха.
Например, используют иммерсионные жидкости: вода n=1,33; мас-
ло n=1,5
Специальные методы микроскопии
К специальным методам микроскопии относятся: темнопольная, фазово-контрастная, флюоресцентная, поляризационная, ультрафиолетовая микроскопия.
Метод темного поля основан на эффекте, который достигается освещением объекта полым конусом света, внутренняя апертура которого должна превосходить числовую апертуру применяемого объектива. Таким образом, ни один прямой луч не попадает в объектив: при отсутствии объекта поле зрения микроскопа будет темным, а при его наличии
— контрастный светлый объект будет виден на темном фоне в отраженном или рассеянном (диффузно отраженном) свете.
Для создания темного поля в биологическом микроскопе применя-
ют:
щелевой метод;
упрощенный метод, связанный с одновременным диафрагмированием осветительной апертуры конденсора и выходной апертуры объектива, при этом объектив должен иметь ирисовую диафрагму или вкладыш, которые позволяют уменьшать выходное отверстие объектива, приближая его к осветительной апертуре, оптимальной для получения эффекта темного поля;
специальный конденсор темного поля.
Метод исследования в темном поле впервые был предложен австрийскими учеными Р. Зигмонди и Р. Зидентопфом в 1903 г.
Метод фазового контраста связан с изменением условий освещения при наблюдении слабоконтрастных биологических объектов (микроорганизмов, растительных клеток) в неокрашенном состоянии с целью их визуализации (контрастирования).
В отличие от метода темного поля, выявляющего лишь контуры объекта, метод фазового контраста позволяет увидеть элементы внутренней структуры рассматриваемого прозрачного объекта. Устройство дает возможность преобразовывать фазовые изменения световых волн, проходящих через объект, в амплитудные, в результате чего прозрачные микроорганизмы становятся видимыми
Внутри такие микроскопы имеют фазовый элемент (линза или пластина) с нанесенным кольцом, которое изменяет фазу и уменьшает ам-
65
Физика |
стоматологический факультет |
|
|
|
|
плитуду световой волны. Середина кольца в среднем составляет 1/2— 2/3 от диаметра выходного зрачка объектива при этом светопропускание кольца — 10—30% в зависимости от типа фазового контраста.
Исследование в поляризованном свете. Метод связан с визуали-
зацией объекта или его элементов в поляризованном свете в результате изменения направления поляризации света и проявления анизотропных свойств объекта. Особенностью микроскопа является наличие в оптической схеме поляфильтров: в осветительной части — поляризатора, а в промежутке между объективом и окуляром — анализатора.
Наблюдение производится тогда, когда оба поля фильтра развернуты друг относительно друга, и при этом в выходном зрачке микрообъектива наблюдается максимальное затемнение.
Исследования в свете люминесценции. Метод основан на наблю-
дении микроскопических объектов с использованием их способности к свечению. По сравнению с методами обычной микроскопии исследование в свете люминесценции обладает рядом преимуществ: цветное свечение, высокая степень контрастности светящихся объектов на темном фоне, возможность исследования как прозрачных, так и непрозрачных живых объектов, а также различных жизненных процессов в динамике их развития, обнаружения и установления локализации отдельных микробов и вирусов.
66
Ответы на экзаменационные вопросы
18. Распространение электромагнитных волн в веществе. Полное внутреннее отражение. Световоды. Поглощение света. Закон поглощения света (вывод).
При распространении световой волны в веществе электронные облака молекул вещества начинают колебаться под действием переменного электрического поля падающей электромагнитной волны.
Ускоренное движение зарядов приводит к излучению электромагнитных волн той же частоты (аналогично вынужденным колебаниям).
В направлении колебаний диполь не излучает. Однако вторичные волны, излучаемые колеблющимися диполями вещества, отстают по фазе от падающей на вещество волны. Скорость вторичных волн в веществе меньше, чем скорость основной волны в вакууме.
n cv , где
n– показатель преломления;
с– скорость волны в среде; v – скорость волны в вакууме.
Отражение и преломление света. Полное внутреннее отражение
Луч – направление, в котором распространяется свет.
Закон отражения:
Луч , па даю щий, о тр аже нны й и нормаль , во сс та новле нна я к гра нице ( то чке) паде ния луча , лежа т в о дно й плос к ос ти.
67
Физика стоматологический факультет
α β |
β=α |
Угол отражения – угол между нормалью и отраженным лучом.
Закон преломления:
Луч , па даю щий, пр е лом ле нны й и норм а ль , вос с та но вле нна я к гр а нице ( то чке ) па де ния луча , ле жат в о дно й плос к ос ти.
α
1
2
β
Угол преломления – угол между нормалью и преломленным лучом.
Если луч света направить на границу двух сред с разными показателями преломления (n1, n2), то возможен различный ход лучей (см. рисунок)
Если свет падает из среды с меньшим показателем преломления в среду с большим показателем преломления, то угол преломления меньше угла падения.
68
Ответы на экзаменационные вопросы
Если свет падает из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления, то угол преломления больше угла падения.
Рассмотрим более подробно случай, когда свет идет из среды с большим показателем преломления проникает в среду с меньшим показателем преломления. По мере увеличения угла падения увеличивается
и угол преломления. При некотором значении угла падения пр(назовем его предельным) преломленный луч распространяется вдоль границы
раздела ( = ). Если световой луч пустить на границу под углом >пр, то он вообще не проникает во вторую среду. Вся световая энергия отражается – это называется полным внутренним отражением.
Условия наблюдения явления полного внутреннего отражения:
n1 < n2, т.е. свет идет из среды более плотной в среду менее плотную;
угол падения больше предельного угла > пр. При этом выполняется соотношение: sin( пр) = n2/n1.
Явление полного внутреннего торможения в медицине использует-
ся в гибких световодах.
69
Физика |
стоматологический факультет |
|
|
|
|
Световоды
Свет, попадая внутрь прозрачного волокна, окруженного веществом с меньшим показателем преломления, многократно отражается и распространяется вдоль этого волокна. Это используется для внутреннего освещения и передачи изображения
|
стекло |
|
|
|
|
. |
воздух |
|
|
|
|
Эндоскопы – оптико-механические приборы, вводимые во внутренние органы и полости организма для осмотра и проведения несложных операций. Эндоскоп состоит из источника света и смотровой части.
|
|
|
Регистрирующее устройст- |
объект |
Канал связи |
|
|
|
во |
||
|
|
|
|
Инструментальный канал
Канал для подачи Н2О и воздуха
изображение
Световоды для освещения
Поглощение света
Если частота падающей волны близка к частоте собственных колебаний электронов в простой молекуле/молекулярной группе, то происходит поглощение световой энергии и переход ее в другую форму энергии (аналог – резонанс). Следствием этого является ослабление интенсивности падающего на вещество пучка света.
70