10

Лабораторная работа №2 «определение увеличения оптической трубы и микроскопа».

Цель работы: изучение принципа работы, определение увеличения и диаметра поля зрения оптической трубы и микроскопа.

Приборы и принадлежности: оптическая труба; микроскоп; вертикальная шкала; объективный микрометр (цена деления 0,1 мм); линейка; рулетка.

Краткая теория

Микроскоп и зрительная труба – оптические приборы, вооружающие глаз. Поэтому рассматривать их действие следует с учетом свойств глаза.

Способность видеть четко предметы, находящиеся на различных расстояниях от глаза, обусловлена аккомодацией, т. е. изменением оптической силы хрусталика посредством мышечных усилий, изменяющих кривизну его поверхностей. Область аккомодации простирается от =  (глаз не напряжен, кривизна поверхностей, образующих хрусталик, минимальна) до , т.е. “ближней точки” = 10-20 см, глаз напряжен, кривизна поверхностей, образующих хрусталик, максимальна. Расстояние “наилучшего зрения” для глаза  25 см.

Рис 1

Если меньше расстояния до “ближней точки”, изображение уходит за сетчатку, глаз теряет возможность четкого видения. Глаз видит две точки А и В (рис. 1) порознь, если их изображение попадает не менее, чем на два светочувствительных элемента.

При попадании изображения обеих точек А и В на один светочувствительный элемент глаз воспринимает обе точки как одну.

Линейным увеличением оптического инструмента, вооружающего глаз (лупа, микроскоп, телескоп), называется отношение длин изображения на сетчатке в случае вооруженного и невооруженного глаза:

(1)

Угловым увеличением системы называется отношение тангенса угла зрения, под которым видно изображение, даваемое оптической системой, к тангенсу угла зрения, под которым виден предмет невооруженным глазом.

(2)

Оптическая труба и микроскоп представляют собой оптическую систему, состоящую, в основном, из двух собирающих линз. Линза, обращенная к наблюдаемому предмету, - объектив; линза, обращенная к глазу, - окуляр.

Фокусировка прибора, т.е. установка его на ясное видение изображения, производится либо изменением расстояния между объективом и окуляром (в оптической трубе), либо перемещением оптической системы в целом относительно предмета (в микроскопе).

В случае с микроскопом мы имеем значительное увеличение рассматриваемого изображения по отношению к самому предмету.

В случае же оптической трубы увеличение незначительное, а иногда даже получается уменьшенное, но зато наблюдаемое изображение оказывается значительно ближе к глазу, чем сам предмет.

И в том, и в другом случае угол, под которым видно изображение, больше угла, под которым виден предмет невооруженным глазом. Что и создает то увеличение, которое необходимо для более детального рассмотрения предмета.

1.Измерение малых объектов с помощью микроскопа.

Микроскоп является одним из важнейших лабораторных приборов в медицинских, биологических и металлографических исследованиях. Микроскопы широко применяют для наблюдения и исследования таких объектов, которые невозможно различить невооруженным глазом. Построение изображения предмета в микроскопе показано на рис.2.

Рис 2

Оптическая система микроскопа состоит из двух систем линз – объектива и окуляра. Для простоты построения изображения на рис.2 система линз объектива заменена одной собирающей линзой , а система линз окуляра – линзой . Предмет АВ помещается перед объективом немного дальше его фокуса . Объектив создает увеличенное действительное изображение предмета вблизи переднего фокуса окуляра, которое рассматривается глазом через окуляр. Возможны три случая взаимного расположения окуляра и изображения А В :

1. изображение находится немного ближе переднего фокуса окуляра . В этом случае окуляр создает увеличенное мнимое изображение АВ, которое проектируется на расстояние наилучшего зрения ( рис. 2 );

2. изображение лежит в фокальной плоскости окуляра. В этом случае изображение, создаваемое окуляром, проектируется на бесконечность, и глаз наблюдателя работает без аккомодации;

3. изображение находится дальше переднего фокуса окуляра . В этом случае изображение, создаваемое окуляром, будет действительным и увеличенным. Такое расположение окуляра применяется для микропроекции и микрофотографии.

Получим формулу для увеличения микроскопа.

Если бы предмет рассматривали простым глазом, то с того же расстояния D его видели бы под углом D.

Объектив дает действительное увеличенное изображение предмета АВ ( рис. 2 ). Окуляр даёт увеличенное изображение АВ на расстоянии наилучшего зрения.

В микроскоп предмет виден под углом .

Тогда угловое увеличение микроскопа равно

(3)

Угловое увеличение микроскопа совпало с линейным. Запишем формулу для увеличения иначе, умножив и разделив (3) на :

(4)

но — линейное увеличение объектива,

а -увеличение окуляра.

Линейное увеличение объектива:

(5)

где - фокусное расстояние объектива, - расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра (длина тубуса).

Линейное увеличение окуляра (если глаз расположен вплотную к лупе)

(6)

где - фокусное расстояние окуляра.

И. следовательно, увеличение микроскопа равно

(7),

где - фокусное расстояние объектива; - фокусное расстояние окуляра; Δ – оптическая длина тубуса; D – расстояние наилучшего зрения.