методички для заочников / Оптические приборы

31

Переводя взгляд на изображение шкалы рефракций, отсчитать значение задней вершинной рефракции измеряемой линзы в диоптриях. Провести не ме-

нее пяти наблюдений и определить среднее арифметическое значение задней вершинной рефракции. Цена деления шкалы рефракций (рис. 22) равна

0,25 дптр, но нониус делит ее еще на пять частей с ценой деления каждой части

0,05 дптр.

Рис. 22. Шкала диоптриметра

Отсчет по шкале с нониусом записывают следующим образом, например,

значение по основной шкале (рис. 22) – 4,75, шкала минусового луча нониуса пересекает основную шкалу диоптриметра на втором делении, следовательно,

требуется сделать поправку 0,05 2=0,1 дптр, тогда – 4,75 – 0,1= – 4,85 дптр. От-

счет может быть осуществлен по плюсовому лучу нониуса – 5+0,05 3= – 4,85.

Измерение астигматических очковых линз

При измерении астигматической очковой линзы в поле зрения зрительной трубы вместо окружности из светлых точек виден ряд полос, расположенных па-

раллельно одному из двух главных сечений очковой линзы (рис. 20).

При установке на рефракцию второго главного сечения ряд параллельных полос будет направлен перпендикулярно направлению ряда полос в первом главном сечении. Чем больше астигматическая разность данной линзы, тем бо-

лее вытянутыми будут полосы.

32

Установить очковую линзу на агатовый стержень 1 и, прижав ее рыча-

гом 2, перемещением маховичков 3 (рис. 21) добиться отчетливого изображения параллельных полос в поле зрения окуляра зрительной трубы.

Рекомендуется первый отсчет производить для первого главного сечения

(в котором рефракция меньше). При, этом необходимо учесть, что при измере-

нии рефракции астигматических очковых линз сечение, в котором измеряется рефракция, всегда перпендикулярно направлению видимой в поле зрения диоп-

триметра группе параллельных полос.

Для измерения рефракции второго главного сечения нужно группу парал-

лельных полос в поле зрения окуляра поставить в положение, перпендикулярное первому. Это легко достигается медленным вращением маховичков. Группа па-

раллельных полос займет новое положение и будет наиболее отчетливо видна при расположении ее точно под углом 90° к первому.

Наблюдая в окуляр зрительной трубы, сделайте второй отсчет. Разность между первым и вторым отсчетами дает значение астигматической разности линзы.

Схема обработки результатов прямых измерений

При проведении лабораторных работ приходится измерять всевозможные физические величины. Под измерением понимают нахождение числового значе-

ния физической величины экспериментальным путем. Измерение физических величин осуществляется с помощью специальных технических средств.

Все физические измерения делятся на прямые и косвенные. При прямых измерениях значение физической величины определяется непосредственно пока-

заниями измерительного прибора (измерение длины тела обычной линейкой или микрометром; измерение температуры тела термометром и т.д.).

При косвенных измерениях значение физической величины вычисляют на основании известной математической зависимости от величин, определяемых на основе прямых измерений. Как бы совершенно не было техническое средство,

невозможно выполнить измерение абсолютно точно.

33

Если х – измеренное значение величины а, то |a–x| называется истинной

a x

абсолютной погрешностью х, а – истинной относительной погрешностью a

х. Полностью учесть и исключить погрешности невозможно, однако можно оценить пределы погрешностей измерений, указав граничную величину истин-

ной абсолютной погрешности. Положительное число х, для которого выполня-

ется неравенство: |a–x| х называется абсолютной погрешностью.

Сначала вычисляют среднее арифметическое измеренной физической ве-

личины. Для серии, состоящей из малого количества измерений, среднее ариф-

метическое вычисляется по формуле:

где хi – значения случайной величины, n – общее количество проведенных ис-

пытаний.

Абсолютная погрешность среднего арифметического x для n независи-

мых измерений оценивается по формуле:

Оценка среднеквадратической погрешности среднего арифметического

вычисляется по формуле:

Окончательный результат измерений записывают в виде: x x x.

34

Лабораторная работа Определение размеров малых объектов с помощью микроскопа

Актуальность темы: для значительного увеличения малых объектов применяется микроскоп, пользоваться которым должны уметь исследователи аналитического профиля, в том числе и провизоры. От размеров частиц лекарст-

венного средства напрямую зависит скорость действия препарата, а значит свое-

временная помощь пациенту.

Цель работы: изучить основные законы геометрической оптики, ход лу-

чей в микроскопе (рис. 11), оптическую схему микроскопа (приложении 2), нау-

читься проводить наблюдения в проходящем и отраженном свете, овладеть ме-

тодикой определения размеров микроскопических объектов.

Целевые задачи:

знать: основные законы геометрической оптики, ход лучей в микроскопе,

методику эксперимента;

уметь: настраивать освещение поля зрения зеркалом, рассматривать ис-

следуемый порошок, проводить измерения размеров малых объектов с помощью микрометра окулярного, рассчитывать истинный размер частиц исследуемого порошка, проводить измерения размеров биологического объекта (диаметра во-

лоса, клетки и др.).

Приборы и принадлежности: Микроскоп БИОЛАМ, окулярный микро-

метр, объект-микрометр, предметное стекло, объекты микроскопических разме-

ров.

Задание к работе и порядок его выполнения:

1. Изучить описание микроскопа и окулярного микрометра.

3. Найти средний размер частиц исследуемого порошка лекарственного препарата по 5-ти измерениям.

Вычислить абсолютную и относительную погрешности измерений (фор-

мулы 10-13). Результаты измерений записать в виде: , .

Измерения занести в таблицу.

35

1.

2.

3.

4.

5.

4. Найти средний размер биологических объектов (диаметр волоса) по 5-ти измерениям. Вычислить абсолютную и относительную погрешности измерений.

Результаты измерений записать в виде: , .

Измерения занести в таблицу.

1.

2.

3.

4.

5.

7. Оформить протокол и записать вывод.

Вопросы для контроля:

1.Ход лучей и посторенние изображения в микроскопе.

2.Оптическая и механическая; осветительная и наблюдательная части микроскопа.

3.Предел разрешения и разрешающая способность микроскопа.

4.Определение увеличения микроскопа. Объективы.

5.Назначение и устройство микрометра окулярного. Методика измерений.

36

6. Использование в биологическом микроскопе плоского и вогнутого зер-

кал.

7. Виды микроскопии.

Лабораторная работа

Определение оптической силы линз с помощью

диоптриметра оптического ДО-3

Актуальность темы: любая оптическая система, будь то обычная лупа или сложный оптический прибор, например микроскоп, состоит или включает в себя различные линзы. Знание законов геометрической оптики, которым они подчинены, необходимо для понимания возникновения изображений в них, по-

нятий аберраций, оптической силы, разрешения оптических приборов, а также работы человеческого глаза – как сложнейшей оптической системы и нарушений зрения.

Цель работы: Изучить принцип работы диоптриметра, научиться изме-

рять оптическую силу и астигматическую разность очковых линз.

Целевые задачи:

знать: виды линз, основные сведения и формулы оптической силы линз;

строение и свойства глаза; работу глаза как оптической системы; виды дефектов зрения, возможную профилактику и коррекцию этих дефектов;

уметь: проводить измерения оптической силы и астигматической разности очковых линз, вычислять фокус линзы и оптическую силы линзы на основании формулы тонкой линзы.

Приборы и принадлежности: диоптриметр ДО-3, очковые линзы, опти-

ческая линейка, лампочка на подставке, линза на подставке, экран.

Задание к работе и порядок его выполнения:

1.Подготовить диоптриметр к работе.

2.Определить с помощью диоптриметра оптическую силу выданных очко-

вых линз. Провести серии по 5 измерений оптической плотности для каждой

линзы.

37

3. Вычислить среднее арифметическое, абсолютную и относительную по-

грешности измерений (10-13). Результаты измерений занести в таблицу.

4. Определить с помощью диоптриметра астигматическую разность. Ре-

зультаты измерений занести в таблицу.

5. Провести измерение оптической силы и фокусного расстояния линзы с помощью оптической линейки. Найти оптическую силу линзы с помощью диоп-

триметра. Вычислить фокусное расстояние f по формуле (7).

6. Собрать оптическую линейку (рис. 22). Включить лампочку. Установить линзу на расстоянии f от источника света, а экран на расстоянии 2f. Пере-

двигая источник света на подставке, добиться четкого изображения буквы «F»

на экране.

Рис. 22. Оптическая линейка

38

7.Измерить расстояния a и b. Рассчитать оптическую силу линзы по формуле тонкой линзы (4). Сделать рисунок опыта в протоколе.

8.Переместить линзу. Добиться четкого изображения буквы «F», вычислить оптическую силу линзы. Провести не менее трех измерений.

9.Результаты измерений занести в таблицу. Сравнить полученные значе-

ния.

10.Оформить протокол, записать вывод.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:

1.Тонкие линзы, виды линз, их параметры (оптический центр, главная и побочные оптические оси, фокус, фокальная плоскость).

2.Построение и характеристика изображений в линзах (собирающих, рассеивающих).

3.Оптическая сила линз, её размерность. Формула тонкой линзы.

4.Назначение диоптриметра, его оптическая схема, принцип работы, методика определения оптической силы и астигматической разности очковых линз.

5.Глаз как оптическая система.

6.Нарушения зрения.

7.Аберрации линз.

39

Литература

1. Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика/ А.Н. Ремизов и др.,

М.: Дрофа. 2010. -558 с.

2.Грабовский, Р. И. Курс физики/ Р.И. Грабовский. – С-Пб.: Лань.– 2009. – 608 стр.

3.Гаврилов, Н.И. Сборник заданий к лабораторным работам по физике/ Н.И.

Гаврилов, Н.Н. Семёнова. – Пятигорск: Пятигорская ГФА. – 2006.– 20 с.

4. Гаврилов, Н.И. Сборник тестовых заданий для студентов (раздел «Оптика»)/

Н.И. Гаврилов, Н.Н. Семёнова. – Пятигорск: Пятигорская ГФА. – 2007.– 44 с.

40

Приложения

Приложение 1

Таблица значений коэффициента Стьюдента tp(f)