2.3.1. Описание экспериментальной установки и метода

Микроскоп состоит из двух положительных линз: короткофокусного объек­тива и длиннофокусного окуляра. Предметом является шкала-осветителя. Как показано на рис. 5 предмет у располагается вблизи первого фокуса объектива так, что его действительное, увеличенное, перевернутое изображение получается вблизи фокуса окуляра между ним и окуляром.

Окуляр действует как лупа, давая мнимое изображение на расстоянии наи­лучшего зрения от глаза ( см).

Полное увеличение микроскопа получается, как произведение поперечного увеличения объектива и увеличения лупы .

Окончательно, полное увеличение микроскопа равно

.

где - расстояние между вторым фокусом объектива и первым фокусом окуляра, так называемый оптический интервал микроскопа (рис,5). Следователь­но, увеличение микроскопа может быть различным в зависимости от оптического интервала .

2.3.2. Порядок выполнения работы

Последовательность операций следующая:

1. Установить линзу-объектив в таком положении чтобы шкала осветителя находилась на расстоянии от линзы, несколько большем ее фокусного расстояния .

2. За линзой поместить матовый экран и найти положение промежуточного изображения предмета, даваемого линзой-объективом. Выбрав значение (лучше всего взять = 190 мм) и учитывая, что

промежуточное изображение находится примерно на расстоянии ( ) от линзы-объектива, добиться соответствующего положения линзы-объектива отно­сительно предмета и его изображения, перемещая линзу-объектив и экран.

3. Убрать экран, поместить линзу-окуляр на оптическую скамью и, наблю­дая глазом, получить изображение шкалы в окуляре.

Схема полученной модели должна соответствовать рис.5

Рис. 5

4. Вычислить увеличение полученного микроскопа по формуле:

Контрольные вопросы

1. Объясните ход лучей в микроскопе.

2. Как определить увеличение лупы микроскопа? Получите рабочую фор­мулу.

3. Что называется разрешающей способностью микроскопа? Числовой апер­турой?

4. Как увеличить разрешающую способность микроскопа ?

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА 3. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА

3.1. Лабораторная работа

Измерение показателя преломления стеклянной пластинки

Цель работы: изучить явление интерференции на тонких пленках; с помощью полос равного наклона определить показатель преломления плоско­параллельной стеклянной пластинки.

Приборы и принадлежности: газовый лазер с источником питания, экран с линзой, плоско-параллельная стеклянная пластинка, оптическая скамья.

3.1.1. Описание экспериментальной установки и метода

Интерференцию света на тонких пленках можно наблюдать как в естествен­ных, так и в лабораторных условиях. Примеры разноцветные пленки нефти или масла на поверхности воды, мыльные пузыри. Когерентные волны, которые ин­терферируют при наложении, образуются в этих случаях вследствие отражения света, падающего на пленку, от ее верхней и нижней поверхности (рис. 1).

Разность фаз, которую приобретают когерентные световые волны в плен­ках, связана с оптической разностью хода следующим образом

.

Рис. 1

При падении монохроматического света длиной волны на плоско-паралелльную пластинку толщиной и показателем преломления (рис. 1) оптичес­кая разность хода когерентных лучей равна:

, (2)

где учитывает потерю полуволны при отражении луча от оптически более плотной среды (фаза вектора электрической напряженности меняется на противоположную).

Интерференцию света лучше наблюдать на тонких пленках в отраженном свете. Положение светлых интерференционных полос при этом определяется урав­нением:

, (3)

где - номер полосы ( - 0, 1,2,...). Положение темных полос определяется уравнением:

(4)

Экспериментальная установка (рис.2) состоит из газового лазера, экрана , в котором закреплена линза для создания расходящегося пучка света, и плоско па­раллельной исследуемой пластинки толщиной . Из соотношения следует, что при использовании лазерного источника, степень монохроматичности которого, а следовательно, и длина когерентности, большая¹, можно использован. для исследования пластинки толщиной порядка сантиметров.

Интерференционные полосы равного наклона в отраженном свете наблю­даются на экране без помощи дополнительной линзы, так как расстояние между пластиной и экраном достаточно большое.

Применим уравнение (4) для - гo и - гo темных колец:

(5)

(6)

Вычтем из (5) уравнение (6), учитывая, что , где - радиус кольца, получим:

или

Имея в виду, что

, (8)

и ограничившись вторым слагаемым, преобразуем выражение (7) к виду:

(9)

Решая уравнение (9) относительно , получим расчетную формулу:

(10)