
- •Электричество, магнетизм, электромагнетизм, оптика
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •В колебательном контуре
- •Теоретическое введение
- •Приборы и оборудование
- •Литература:
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Теоретическое введение
- •Описание установки
- •Задание 2. Исследование импульсного сигнала.
- •Задание 3. Наблюдение фигур Лиссажу, возникающих при сложении
- •Изучение работы полупроводникового диода
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение показателя преломления жидкости
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Внимание! Микроскоп включать в сеть напряжением 6,3 в
- •Дифракция плоских световых волн на дифракционных решетках
- •Теоретическое введение
- •Контрольные вопросы
- •Исследование электрического поля проводника с током
- •Изучение горизонтальной составляющей магнитного поля земли
- •Исследование магнитногого поля соленоида
- •Теорема о циркуляции
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Порядок выполнения работы
Н
Рис. 4
ажатием на ручку 2 (на себя) откинуть осветительную призму. Протереть тканью грани призми
, затем нанести на поверхность измерительной призмы
1 каплю дистиллированной воды (концентрация 0 %), опустить верхнюю (осветительную) призму
.
Наблюдая в окуляр 3, поворачивать его по или против часовой стрелки до тех пор, пока в поле зрения не будет виден резко штрих сетки (темная вертикальная линия) и изображение шкалы (светлые линии с цифрами).
Вращением маховика 5 измерений (“И”) границу светотени ввести в поле зрения окуляра.
Вращением маховика 4 компенсатора (“К”) добиться исчезновения окраски граничной линии.
Наблюдая в окуляр, маховиком 5 навести границу светотени точно на линию штриха, и снять значение показателя преломления n (с точностью до тысячных).
Повторить п.п. 3–5 еще два раза. Найти среднее значение показателя преломления
.
Протереть грани призм
и
, нанести на поверхность 1 каплю чистого глицерина (концентрация 100 %).
Выполнив пункты 2 – 6 , определить показатель преломления глицерина.
Аналогично определить показатели преломления смесей глицерина с водой.
Построить график зависимости показателя преломления п от концентрации С, % по двум базовым (0 и 100 % ) точками по графику определить концентрацию каждого раствора.
Результаты измерений занести в таблицу.
-
состав
вода
глицерин
смесь 1
смесь 2
С, %
0
100
Табличные значения показателя преломления для чистой воды п = 1,333
для чистого глицерина п = 1,470.
Контрольные вопросы
Сформулируйте законы отражения и преломления света.
Что называется абсолютным и относительным показателем преломления?
Что называется предельным углом преломления? Опишите явление полного внутреннего отражения.
Нарисовать ход лучей при преломлении на границе раздела различных сред
Опишите устройство рефрактометра.
С какой целью применяется рефрактометр в медико-биологических исследованиях?
Найдите показатель преломления среды, если луч, преломленный на границе раздела этой среды с воздухом перпендикулярен отраженному, а синус угла падения равен 0,8.
Литература
1. Савельев И.В. Курс общей физики, 3-е изд. – М:Наука, 1988, Т. 2, параграф 112.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 16
ИЗМЕРЕНИЕ МАЛЫХ ОБЪЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА
Цель работы: измерение с помощью биологического микроскопа размеров малых объектов (периода дифракционной решетки).
Приборы и принадлежности: микроскоп биологический, осветитель, объект-микрометр, окулярно-винтовой микрометр, дифракционные решетки разных периодов.
Теоретическое введение
Микроскоп
является одним из важнейших
лабораторных
приборов в медицинских и биологических
исследованиях. Микроскопы широко
применяют для наблюдения и исследования
таких объектов, которые невозможно
различить невооруженным глазом.
Построение
изображения предмета в микроскопе
показано на рис. 1. Оптическая схема
микроскопа состоит из двух систем линз:
объектива и окуляра. Для простоты
построения изображения на рис. 1 система
линз объектива заменена одной собирающей
линзой Л1,
а система
линз окуляра – линзой Л2.
Предмет АВ помещается перед объективом
немного дальше его фокуса. Объектив
создает действительное увеличенное
изображение предмета
вблизи переднего фокуса окуляра, которое
рассматривается глазом через окуляр.
Рис. 1
находится
немного ближе переднего фокуса окуляраF2
. В этом случае окуляр
создает увеличенное мнимое изображение
A''B'', которое проецируется на расстояние
наилучшего зрения (рис. 1); 2) изображение
лежит в фокальной плоскости окуляра. В
этом случае изображение, создаваемое
окуляром, проецируется на бесконечность,
и глаз наблюдателя работает без
аккомодации; 3) изображение
находится дальше переднего фокуса
окуляра. В этом случае изображение,
создаваемое окуляром, будет действительным,
увеличенным. Такое расположение окуляра
применяется для микропроекции и
микрофотографии.
Увеличение
микроскопа
.
(1)
где
– F1
фокусное расстояние объектива, F2
– фокусное расстояние окуляра,
– оптическая длина тубуса,S
– расстояние наилучшего зрения.
Можно
предположить, что подбирая соответствующим
образом значения величин F1
, F2
и
,
получим микроскоп со сколь угодно
большим увеличением. Однако на практике
не используют микроскопы с увеличением
свыше 1500 – 2000, так как возможность
различения мелких деталей объекта в
микроскопе ограничена. Это ограничение
обусловлено влиянием дифракции света,
происходящей в структуре рассматриваемого
объекта. В связи с этим пользуются
понятиями предела разрешения и разрешающей
способности микроскопа.
Предел
разрешения микроскопа
.
(2)
где
–длина волны света, освещающего предмет;n
– показатель преломления среды между
объективом и предметом; U
– апертурный
угол объектива,
равный половине угла между крайними
лучами конического светового пучка,
входящего в объектив микроскопа.
Величина A = n sinU является числовой апертурой.
Тогда
предел разрешения микроскопа будет
.
(3)
Эта формула справедлива в случае освещения предмета сходящимся пучком лучей.
Учитывая наличие предела разрешения микроскопа и предела разрешения глаза, вводят понятие полезного увеличения микроскопа. Это такое увеличение микроскопа, при котором микроскоп создает увеличение предмета, имеющего размеры, равные пределу разрешения Z микроскопа, и размеры этого изображения равны пределу разрешения Zгл невооруженного глаза на расстоянии наилучшего зрения:
.
(4)
Нормальный
глаз на расстоянии наилучшего зрения
различает две точки предмета, если
угловое расстояние между ними не менее
,
что соответствует расстоянию между
этими точками порядка 70 мкм. В этом
случае полезное увеличение будет
минимальным:
Гmin = 70/Z.
Считают, что глаз меньше всего утомляется при рассматривании предметов, размеры которых в 2–4 раза больше предела разрешения глаза (на расстоянии наилучшего зрения). Поэтому обычно используют микроскопы с полезным увеличением в пределах от 2 Гmin до 4 Гmin . Если в формулу (4) подставить (3), то получим
Г = 2ZглА/. (5)
При освещении объектива белым светом длину волны считают равной 0,555 мкм, так как глаз к ней наиболее чувствителен. Таким образом, полезное увеличение микроскопа обычно находится в интервале 500А Г 1000А.
В медицинских и биологических исследованиях микроскопы часто используют для измерения размеров малых объектов. Для этой цели микроскоп снабжают специальным устройством – окулярно-винтовым микрометром, представляющим собой насадку, надевающуюся на верхний конец тубуса микроскопа вместо окуляра. Оптическая часть микрометра состоит из линзы-окуляра, неподвижно закрепленной стеклянной шкалы и подвижной стеклянной пластинки, на которую нанесены перекрестье и два вертикальных штриха над ним, параллельных делениям шкалы. Стеклянная пластинка с перекрестием перемещается вдоль шкалы микрометра с помощью микрометрического винта.
Окулярно-винтовой микрометр закрепляют на тубусе так, чтобы стеклянная шкала находилась в плоскости, в которой расположено действительное изображение предмета, создаваемое объективом микроскопа. При этом изображение шкалы при рассматривании в окуляр совмещается с изображением предмета. Перемещая с помощью винта подвижную пластинку, можно совместить перекрестие сначала с одним краем рассматриваемого предмета, а затем с другим. При этом можно определить, какому числу делений шкалы соответствует данное изображение.
Перемещение пластинки с перекрестием на одно деление шкалы микрометра соответствует одному полному обороту микрометрического винта. Барабан микрометрического винта разделен на 100 делений; следовательно, с помощью окулярно-винтового микрометра можно производить измерения предмета с точностью до 0,01 деления шкалы.
Для определения размеров предмета необходимо знать цену деления окулярно-винтового микрометра – это выраженная в миллиметрах длина отрезка, рассматриваемого в микроскоп, изображение которого занимает одно деление шкалы микрометра.
Для определения цены деления окулярно-винтового микрометра применяют объектный микрометр – шкалу с известной ценой деления. Объектный микрометр рассматривают в микроскоп как предмет и, совмещая в поле зрения объектную и окулярную шкалы, определяют цену деления окулярного микрометра.
Для этой цели можно также использовать любой предмет, размер которого известен. В частности, для градуировки окулярно-винтового микрометра применяют счетную камеру Горяева, используемую в медицинских измерениях для подсчета форменных элементов крови. Камера Горяева представляет собой стеклянную пластинку, на которую нанесена сетка, разбивающая поле зрения на квадраты с известной длиной стороны: сторона малого квадрата – 0,05 мм, большого – 0,2 мм.
Описание установки
Оптическая система микроскопа делится на две части: осветительную и наблюдательную. Осветительная часть состоит из осветителя (иногда заменяется подвижным зеркалом), конденсора, образующего на объекте сходящийся пучок света; съемного светофильтра и укрепленной на конденсоре ирисовой апертурной диафрагмы для регулировки освещенности объекта. Наблюдательная часть состоит из объектива, окуляра и призмы, которая служит для направления вертикальных лучей, прошедших объектив, в наклонный тубус. Объектив представляет собой систему линз, собранных в единой оправе. Передняя линза служит для увеличения, остальные же предназначены для исправления недостатков изображения, создаваемых передней линзой. Окуляр микроскопа обычно состоит из двух линз: верхней – глазной и нижней – собирающей, необходимой для того, чтобы все лучи, прошедшие через объектив, попали в глазную линзу окуляра. Биологический микроскоп имеет три объектива, дающих разное увеличение.
Порядок выполнения работы