МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

___________________________________________________________

Кафедра «Физика-2»

Утверждено

редакционно-издательским

советом университета

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам

по дисциплине

«Физика»

Работы 32,33,33а, 41, 42

Под редакцией В.А. СЕЛЕЗНЕВА (32, 33, 33А)

и С.Г СТОЮХИНА (41, 42)

Москва – 2005

УДК 539.2:621.382

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Физика». Работы 32, 33, 33а, 41, 42 // Под ред. В.А. Селезнева (32, 33, 33а) и С.Г. Стоюхина - М.: МИИТ, 2005. - 66 с.

Методические указания содержат описания лабораторных работ по общему курсу физики, предназначенных для студентов первого и второго курсов всех специальностей.

Выполнение работы №33а планируется в порядке УИРС.

Авторы и составители:	C.Г.Стоюхин	(работа №32),
	Н.А.Гринчар и Т.В.Захарова	(работы № 33 и 33а),
	В.Г.Хавруняк и С.В.Мухин	(работа № 41),
	А.В.Пауткина	(работа №42).

© Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ),

2005

Работа № 41. Определение разрешающей способности микроскопа.

Цель работы. Ознакомление с устройством микроскопа и определение его разрешающей способности.

Приборы и принадлежности: Микроскоп, металлическая пластинка с маленьким отверстием, осветительное зеркало, линейка со шкалой.

Введение.

Микроскоп состоит из объектива и окуляра, которые представляют собой сложные системы линз. Ход лучей в микроскопе изображён на рис.1, на котором объектив и окуляр представлены одиночными линзами.

Рис.1

Рассматриваемый предмет АВ размещают немного дальше от главного фокуса объектива F_об. Объектив микроскопа даёт действительное, обратное и увеличенное изображение предмета (ABна рис.1), которое образуется за двойным фокусным расстоянием объектива. Увеличенное изображение рассматривается окуляром как лупой. Изображение предмета, рассматриваемое в окуляр, мнимое, обратное и увеличенное.

Расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра называется оптическим интервалом системы или оптической длиной тубуса микроскопа.

Увеличение микроскопа можно определить по увеличению объектива и окуляра [1]:

D 

N = N_обN_ок= ───── (1)

f_обf_ок

где N_оби N_ок- увеличение объектива и окуляра соответственно; D - расстояние наилучшего зрения для нормального глаза (~25 см.) [1];- оптическая длина тубуса микроскопа; f_оби f_ок- главные фокусные расстояния объектива и окуляра.

При анализе формулы (1) можно сделать заключение, что в микроскопах с большим увеличением можно рассмотривать любые мелкие предметы. Однако полезное увеличение, даваемое микроскопом, ограничивается дифракционными явлениями, которые становятся заметными при рассматривании предметов, размеры которых сравнимы с длинной световой волны.

Пределом разрешающей способности микроскопа называется наименьшее расстояние между точками, изображение которых в микроскопе получается раздельно.

Согласно теории Аббе [1] предел разрешающей способности микроскопа определяет выражение:

0,61  

d = ───── (2)

n  sin

где d - линейный размер рассматриваемого предмета; - длина волны используемого света; n - показатель преломления среды между предметом и объективом;- угол между главной оптической осью микроскопа и граничным лучом (рис. 2).

Величина A = nsinназывается числовой апертурой объектива, а величина, обратная d, -разрешающей способностью микроскопа. Из выражения (2) следует что разрешающая способность микроскопа зависит от числовой апертуры объектива и длины волны света, которым освещается рассматриваемый предмет.

Если предмет находится в воздухе (n=1), то в микроскопе можно различить точки предмета, расстояние между которыми:

0,61 

d= ─────

sin

Для микроскопических предметов угол близок к 90 градусам, тогда sin1, откуда следует, что в микроскопе можно рассматривать предметы, находящиеся на расстоянии друг от друга ~ 0,61. В случае визуальных наблюдений (максимум чувствительности глаза приходится на зеленую область видимого спектра550 нм) в микроскопе можно разглядеть предметы, находящиеся на расстоянии ~300 нм.

Как следует из выражения (2), разрешающую способность микроскопа можно увеличить путём уменьшения длины волны света, которым освещается предмет. Так, при фотографировании объектов в ультрафиолетовом свете (~ 250-300 нм) разрешающую способность микроскопа удаётся увеличить вдвое.