Микроскоп.

Для получения увеличенного изображения микрообъекта используется микроскоп, который может быть представлен, как система двух собирающих линз - объектива и окуляра.

Рис. 14

Ход лучей в микроскопе представлен на рис. 14. Так как линза обращена к объекту, она получила название ОБЪЕКТИВ; линза получила название ОКУЛЯР (от слова oculus-глаз), т.к. она обращена к глазу наблюдателя.

Предмет помещается между фокусом и двойным фокусом объектива. Действительное, увеличение и перевернутое изображение предмета находится в положении . Окуляр располагается таким образом, чтобы изображение находилось в фокальной плоскости окуляра (точнее, чуть ближе к окуляру). В этом случае окуляр является лупой (рис. 12).

ЛИНЕЙНОЕ (ОБЪЕКТИВНОЕ) УВЕЛИЧЕНИЕ ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА определяется как отношение линейных размеров изображения к линейным размерам объекта .

, (9)

где - расстояние от оптического центра объектива до изображения, а - расстояние от предмета до оптического центра объектива (рис. 14). Так как предмет располагается от объектива па расстоянии чуть большем его фокусного расстояния, то в (9) можно заменить на . Получим

. (10)

Окуляр микроскопа, как уже было сказано, представляет собой лупу. Линейное увеличение лупы определяется по формуле

, (11)

где D- расстояние наилучшего зрения (D=250 мм ), - фокусное расстояние окуляра.

Суммарный коэффициент увеличения оптической системы равен произведению коэффициентов увеличения отдельных её частей.

Таким образом, для коэффициента увеличения микроскопа получаем следующее выражение:

. (12)

Так как изображение должно лежать весьма близко к главному фокусу окуляра, а фокусное расстояние объектива обычно мало, то с достаточной степенью точности можно считать равным расстоянию между верхним фокусом объектива и нижним фокусом окуляра; это расстояние называется ОПТИЧЕСКОЙ ДЛИНОЙ МИКРОСКОПА.

Таким образом, для коэффициента увеличения микроскопа получаем окончательное выражение:

. (13)

Эта величина получила название ЛИНЕЙНОЕ УВЕЛИЧЕНИЕ МИКРОСКОПА.

СУБЪЕКТИВНОЕ УВЕЛИЧЕНИЕ МИКРОСКОПА определяется формулой:

, (14)

где ₁ - угол зрения, под которым виден предмет из точки наблюдения, ₃ - угол зрения, под которым видно изображение из точки наблюдения.

Если плоскость расположения объекта совпадает с плоскостью расположения изображения, то субъективное увеличение оказывается равным линейному увеличению и

. (15)

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ.

Одним из способов определения показателя преломления вещества является способ, основанный на использовании микроскопа. В данной работе необходимо определить показатель преломления стеклянной плоскопараллельной пластинки. На обе поверхности пластинки нанесены взаимно перпендикулярные штрихи.

S”

с b

h M

d  S’

а

S 

Рис. 15.

На рис.15 изображен ход лучей в пластинке. Свет от источника снизу направляют на пластинку, расположенную на предметном столике микроскопа. Лучи S, падающие на нижний штрих (царапину) в точке “а” под углом , согласно законам преломления идут в пластинке по направлению S’ и выходят из пластинки лучами S” под тем же углом  .

Преломление лучей пластинкой приводит к тому, что нижняя царапина кажется наблюдателю расположенной в точке М на продолжении лучей S” в точке их пересечения, т.е. выше истинного ее положения. Поэтому видимая толщина пластинки оказывается меньше ее действительной толщины (h d).

Установим связь показателя преломления вещества пластинки с действительной и видимой толщиной пластинки. Объектив микроскопа имеет малое поле зрения, поэтому в объектив попадают лучи, идущие от объекта под малыми углами ( 1). Учитывая, что при малых углах tg  sin можно получить следующие соотношения:

cb/cM = tg  sin (16)

cb/ca = tg  sin (17)

Используя эти соотношения и учитывая, что cM = h и са = d, получаем:

, (18)

где d - истинная толщина пластинки, h - видимая толщина пластинки. С учетом первого закона преломления имеем:

sin/sin = n = d/h (19)

Для измерения истинной толщины пластинки в работе используют микрометр, видимую толщину пластинки определяют с помощью микроскопа, устройство которого показано на рис. 16. Свет от источника (4) с помощью зеркала (5) освещает объект исследования (1), помещенный на предметный столик микроскопа (2). Тубус (6), в котором смонтирована оптическая система микроскопа, перемещается вверх и вниз по направляющим, обеспечивая фокусировку изображения исследуемого объекта. Грубую наводку на резкость осуществляют с помощью винта (7), а точную наводку - микровинтом (8).

Микровинт снабжен шкалой, нанесенной на барабан. Так как перемещение тубуса при одном полном обороте микровинта (шаг винта)  = 0,1 мм, а шкала микровинта содержит 50 делений, то цена наименьшего деления микровинта  = 0,002 мм.

При определении показателя преломления вещества пластинки микроскоп фокусируют сначала на верхнюю царапину, затем, перемещая с помощью микровинта тубус вниз, фокусируют на нижнюю царапину. Определив по микровинту перемещение тубуса, вычисляют показатель преломления n.

Рис. 16.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1.Установите исследуемую пластинку на предметный столик микроскопа и закрепите пружиной (3) (см. рис 16).

2.Поднимите с помощью микровинта тубус до упора для того, чтобы длины хода микровинта хватило на перефокусировку с верхнего штриха на нижний. Вращением винта грубой наводки добейтесь фокусировки сначала верхнего штриха. а затем нижнего. Убедитесь, что и та и другая царапины попадают в поле зрения микроскопа. Снова сфокусируйте верхний штрих винтом грубой наводки и слегка поднимите тубус. Теперь доведите фокусировку верхней царапины микровинтом. Учитывая, что царапина не имеет резких очертаний, фокусировать ее следует по одной какой-либо выбранной точке.

3.Получив с помощью микровинта резкое изображение верхней царапины, снимите по нему отсчет. Отсчет m₀ равен числу наименьших делений барабана микровинта, стоящих против отсчетной риски микровинта. Затем, опуская тубус микроскопа, поверните микровинт до появления против указателя деления барабана с цифрой 0. При этом перемещение тубуса микроскопа оказалось равным (50 - m₀) мм. Запишите в таблицу 1 значение m₀.

4.Продолжая опускать с помощью микровинта тубус микроскопа, отсчитывайте число полных оборотов, отмечая их в момент прохождения нулевого деления микровинта мимо отсчетной риски, пока не добьетесь резкого изображения нижней царапины. Запишите в таблицу 1 число полных оборотов М. Перемещение тубуса при повороте микровинта на М полных оборотов равно М мм. При точной фокусировке нижней царапины микровинт остановился на делении m. Перемещение тубуса при повороте микровинта на m делений равно m мм. Запишите значение m в таблицу 1.

5.Для расчета полного перемещения тубуса микроскопа необходимо сложить перемещения полученные при выполнении пп 3 и 4.

h = (50 - m₀) + M + m (20)

Полученную величину занесите в таблицу 1.

6.Измерьте с помощью микрометра действительную толщину пластинки d и затем рассчитайте по формуле (4) показатель преломления вещества пластинки n.

7.Повторите измерения 5 раз.

8.Вычислите для одного из измерений относительную и абсолютную погрешность, используя метод вычисления погрешности при косвенных измерениях величины.

Таблица 1

№ п/п	m0	M	m	h	d	n
1
2
3
4
5

Вопросы для допуска к работе.

1.Что называется абсолютным показателем преломления.

2.Поясните формулу для расчета показателя преломления.

3.Каие приборы используются в работе и для чего?

4.Определите цены делений шкал, используемых измерительных приборов.

5.Поясните принцип снятия отсчетов.

Вопросы к защите работы.

1.Сформулируйте законы преломления света.

2.Выведите законы преломления на основании принципа Гюйгенса.

3.Объясните ход лучей в пластинке.

4.Вывод рабочей формулы..

5.Ход работы.

Методические указания к лабораторной работе по разделу “Оптика”. “Определение показателя преломления вещества с помощью микроскопа”.

Автор: к.ф-м.н. Родэ Сергей Витальевич

Лицензия ЛР №021296 от 18.06.1998

Подписано к печати.................. № заказа............

Формат 60 х 88 1/16 МГУДТ, 113806

Бумага....................... ул. Садовническая, 33

Печать офсетная Типография МГУДТ, 113806

Объем в усл. печ. л. ................ ул. Садовническая, 33

Тираж..............экз.