4. Назначение и принцип действия лупы и микроскопа (Подробное объяснение для экзамена)

Лупа и микроскоп – это оптические приборы, предназначенные для увеличения изображения объектов, но различающиеся по принципу действия и области применения.

1. Лупа:

• Назначение: Увеличение угла зрения, под которым наблюдается объект, что позволяет увидеть его более детально.

• Принцип действия: Лупа – это простая короткофокусная собирающая линза (или система линз). Она создает мнимое, прямое, увеличенное изображение объекта.

  • Объект помещается вблизи фокальной плоскости лупы (т.е. внутри фокусного расстояния).

  • Лучи света, исходящие от объекта и проходящие через лупу, преломляются таким образом, что они расходятся, как будто исходят из увеличенного изображения, расположенного на большем расстоянии от глаза.

  • Глаз воспринимает это изображение как более крупный объект.

  • Чтобы рассмотреть изображение без напряжения, глаз должен быть расслаблен (т.е. аккомодация отсутствует). В этом случае лупа дает увеличение.

  • Чтобы глаз не напрягался, объект располагают в фокальной плоскости лупы. Тогда лучи, выходящие из лупы, будут параллельны.

• Угловое увеличение (Γ): Угловое увеличение лупы показывает, во сколько раз увеличивается угол зрения объекта при наблюдении через лупу по сравнению с наблюдением невооруженным глазом.

  • Формула: Γ = D / f

    • Где:

      • Γ – угловое увеличение лупы.

      • D – расстояние наилучшего зрения (обычно принимается равным 25 см или 0.25 м). Это расстояние, на котором нормальный глаз видит мелкие детали наилучшим образом.

      • f – фокусное расстояние лупы (в тех же единицах, что и D).

• Увеличение при использовании лупы:

  • Чем меньше фокусное расстояние лупы (f), тем больше ее угловое увеличение (Γ).

  • Увеличение лупы прямо пропорционально D и обратно пропорционально f.

• Применение: Чтение мелкого шрифта, рассмотрение деталей ювелирных изделий, работы с мелкими деталями.

2. Микроскоп:

• Назначение: Обеспечение значительно большего увеличения, чем лупа, позволяющее рассматривать объекты, невидимые невооруженным глазом или с помощью лупы.

• Принцип действия: Микроскоп – это сложная оптическая система, состоящая из двух основных частей:

  • Объектив: (Короткофокусная линза или система линз).

    • Располагается близко к объекту.

    • Формирует действительное, перевернутое и увеличенное промежуточное изображение объекта.

    • Увеличение объектива (Vo) обычно составляет от 4x до 100x (или более).

  • Окуляр: (Короткофокусная линза или система линз).

    • Располагается вблизи глаза наблюдателя.

    • Работает как лупа, дополнительно увеличивая промежуточное изображение, созданное объективом.

    • Формирует мнимое, перевернутое и увеличенное изображение объекта.

    • Увеличение окуляра (Ve) обычно составляет от 5x до 20x.

  • Ход лучей:

• Свет от источника (встроенного или внешнего) проходит через образец.

• Объектив собирает свет, прошедший через образец, и формирует промежуточное изображение внутри тубуса микроскопа. Это изображение является действительным, перевернутым и увеличенным.

• Окуляр, расположенный над промежуточным изображением, работает как лупа, дополнительно увеличивая его. Окуляр создает мнимое, перевернутое и увеличенное изображение, которое видит наблюдатель.

• Общее увеличение микроскопа (V):

  • Общее увеличение микроскопа определяется как произведение увеличений объектива и окуляра (а также тубусных линз, если они используются):

  • Формула: V = Vo * Ve

    • Где:

      • V – общее увеличение микроскопа.

      • Vo – увеличение объектива.

      • Ve – увеличение окуляра.

• Применение: Исследование микроскопических объектов в биологии, медицине, материаловедении, криминалистике и других областях.

Сравнение:

Характеристика	Лупа	Микроскоп
Принцип действия	Одна собирающая линза	Объектив + Окуляр
Увеличение	Небольшое (до 10x, иногда больше)	Значительное (от 40x до 1000x и более)
Тип изображения	Мнимое, прямое	Мнимое, перевернутое
Угловое увеличение	Γ = D / f (D=0.25 м)	V = Vo * Ve
Фокусное расстояние	Короткое	Короткое (объектив) + Короткое (окуляр)
Сложность	Простая	Сложная

Ключевые моменты для запоминания:

• Лупа: Увеличение угла зрения, простая линза, Γ = D / f.

• Микроскоп: Объектив + окуляр, V = Vo * Ve, увеличение в два этапа.