metod_uk_4sem / Квантовая оптика (51-57) PDF / Мет. 54

Федеральное агентство по образованию РФ Ухтинский государственный технический университет

54

Определение размеров малых объектов

Методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей дневной и заочной формы обучения

Ухта

2007

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ОБ ЪЕКТОВ

Цель работы: Ознакомление с оптическим методом измерения малых объектов.

Содержание работы: Определение увеличения объектива микроскопа и измерение диаметра различных проволок.

Приборы: Микроскоп, винтовой микрометр (цена деления α2=0,01 мм), проволоки различных размеров.

Краткая теория

В данной работе для измерения размеров малых объектов (диаметров проволоки) используется оптический метод. Оптическим прибором в нашем случае является микроскоп.

Общий вид микроскопа приводится на рис. 1. На ри сунке показаны осветительное устройство (зеркало 1 и конденсор 2 с диафрагмой), оптическая система (объектив 4, окуляр 6), механическая система, которая обеспечивает перемещение оптической системы относительно предмета (кремальера для грубого смещения 7 и микрометрическая кремальера для более плавного смещения 8), для размещения исследуемых препаратов имеется предметный столик 3. Для быстрой смены объективов у современных микроскопов имеется револьверная

головка 5.

Зеркало служит для направления лучей от источника света вдоль оси прибора сквозь рассматриваемый объект.

Конденсор состоит из двух или трёх линз, при помощи которых отражённый от зеркала свет концентрируется сильно сходящимся пучком на объекте.

Рис. 1

3

Объектив микроскопа представляет собой систему линз; ближайшая к объекту линза называется фронтальной, она в основном обеспечивает необходимое увеличение, другие линзы исправляют недостатки изображения.

Окуляр состоит из двух линз, которые расположен ы друг от друга на расстоянии, равном полусумме их фокусных расстояний.

Объектив и окуляр заключены в цилиндрическую трубу, называемую тубусом. Линзы окуляра заключены в короткую цилиндрическую трубку, которая вставляется в верхнее отверстие тубуса 6 (рис. 1). Объектив 4 находится в нижней части тубуса. Тубус можно перемещать относительно предметного столика с помощью кремальеры 7 (рис. 1).

Ход лучей в микроскопе показан на рис. 2. Предмет S1 размещается перед объективом на расстоянии немного большем фокусного. Объектив дает действительное, увеличенное и обратное изображение S2; положение его можно определить обычным способом, проводя из точек предмета один луч параллельно оптической оси, который пройдя линзу Об, получит направление на главный фокус Fоб, а второй луч через оптический центр линзы.

Это изображение S2 служит предметом для окуляра Ок и располагается между фокусом Fок и оптическим центром окуляра. В этом случае окуляр даёт мнимое, увеличенное и обратное изображение по отноше нию к предмету S1.

Рис. 2

4

Очевидно, что К= Коб ∙ Кок , т.е. увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра.

Методика измерения размеров малых объекто в

Для измерения небольших объектов микроскоп применяется в сочетании с окулярным микрометром. Окулярный микрометр представляет собой плоскую стеклянную пластину с нанесённой на неё шкалой, це на деления которой известна. ( Цена деления окулярного микрометра в нашем случае α1=0,1мм). Обычно окулярные микрометры помещают в плоскости диафрагмы, совпадающей с фокальной плоскостью окуляра. На эту же плоскость проектируется изображение, даваемое объективом.

Использование микроскопа в сочетании с окулярным микрометром с целью измерения размеров малых объектов рассмотрим на рис. 3.

Окулярный микрометр CD (рис. 3) помещён в плоскости, где получается изображение А'В' измеряемого предмета АВ. Но, так как в плоскости окуляра CD находится не сам предмет АВ, а его изображение, увеличенное объективом в Коб раз, то для измерения величины объекта АВ надо знать цену деления окуляра в условиях его использования с данным объективом. Зная истинную цену деления окуляра си и увеличение объектива Коб, получим, что цена деления окулярного микрометра для измерения объекта в условиях применения его с данным объективом уменьшена

Цена деления окулярного микрометра при его использовании различными объективами будет разная и вычисляется отдельно для каждого объектива.

Винтовой микрометр позволяет перемещать изучаемые объекты и измерять величину перемещения, поэтому его можно применить для определения увеличения микроскопа.

5

Рис. 3 Пусть предмет (см. рис. 3) переместился из А в В. Тогда его увеличенное

изображение переместится вдоль окулярной шкалы из A´ в B´. Увеличение объектива

где N1 - число делений окулярной шкалы,

α1 = 0,1 мм – цена деления окулярной шкалы,

N2 - число делений шкалы винтового микрометра,

α2=0,01 мм – цена деления шкалы винтового микрометра. Перемещаемым предметом может быть край одной из проволок.

Определив увеличение объектива Коб можно найти цену деления окулярного микрометра в условиях применения его с данным объективом по формуле (1). Итак, зная цену деления окуляра в применении с данным объективом, можно определить размеры малых объектов. Для этого помещают исследуемый предмет и определяют число делении N шкалы окулярного микрометра, укладывающихся в изображении исследуемого предмета. Тогда размер предмета l определяется по формуле

6

Выполнение работы

1.Ознакомьтесь с устройством микроскопа по его описанию. Вращением оправы с объективами установите в рабочее положение объектив с меньшим увеличением (более тонкий).

2.Осветите проволоки снизу проходящим светом. Наведите микроскоп на резкое видение боковых краёв проволоки. Перемещение проволок вправо-влево осуществляйте вращением винтового микрометра.

Столик микроскопа и его детали

Рис. 4

Где 1 – стопорный винт, 2 – винты перемещения микроскопа.

3.Измерьте толщину проволоки, начиная с более тонкой, в делениях окулярной шкалы и результат запишите в таблицу 1. Окулярная шкала содержит 100 делений. Опыт проводится один раз.

4.Для определения увеличения данного объектива уст ановите барабан винтового микрометра на отметку « О» по круговой шкале. Вращением винтов столика микроскопа введите край одной из проволок на какое - либо целое деление окулярной шкалы. (Например 10).

5.Вращением винтового микрометра в сторону возрастания отсч ёта, переместите край изображения проволоки на 10 делений окулярной

7

шкалы. По шкале винтового микрометра определите перемещение самой проволоки. Полученные данные запишите в таблицу 2.

6.Продолжая вращение винтового микрометра, сместите проволоку на 20, а затем на 30 делений шкалы окулярного микрометра. Вращением оправы с объективами установите в рабочее положение второй объектив и повторите измерения по пунктам 3, 4, 5.

7.По формулам 2, 1, 3 определите Коб, b, l.

Цена деления окулярного микрометра b вычисляется отдельно для двух объективов по формуле (1).

Для того чтобы убедиться в правильности своих измерений, необходимо сравнить результаты измерений толщины проволок с разными объективами.

8