Лабораторна робота № 5. 5. Вивчення мікроскопа

 

Мета роботи: ознайомитись з мікроскопом, вивчити і практично визначити деякі його оптичні характеристики.

 

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи слід вивчити такий теоретичний матеріал: закони геометричної оптики; заломлення на сферичній поверхні; зображення предметів за допомогою лінз; оптичні системи

[ 1, т. 3 §§ 2.1, 2.10; 2, §§ 165, 166; 3, §§ 11.2, 11.3; 4, т. 2 §§ 115–117]

 

Мікроскоп озброює око та дає можливість роздивлятись маленькі предмети. Це необхідно тому, що неозброєне око не може бачити такі предмети, оскільки, промені від цих предметів потрапляють в око під кутами зору меншими ніж, роздільна здатність ока. Саме для отримання великих збільшень зображення предметів використовують мікроскопи.

Мікроскопічна оптична система складається з об’єктива та окуляра, які знаходяться на значній відстані один від одного. Якщо фокусна відстань об’єктива та окуляра відповідно f ₁ та f ₂, тоді фокусна відстань всієї системи:

,

де Δ – відстань між фокусами об’єктива та окуляра. Саме це є принциповою відмінністю мікроскопа від телескопа.

Схему оптичної системи – мікроскопа подано на рисунку 5.5.1.

Малий предмет АВ розміщується поблизу переднього фокуса об’єктива (короткофокусна лінза), який дає збільшене дійсне зображення А ^/ В ^/. Це зображення роздивляємось оком в окулярі (як у лупі). Збільшене уявне зображення А ^// В ^//, яке утворює окуляр, знаходиться на відстані найкращого зору від ока або на “нескінченності”.

Головними оптичними характеристиками мікроскопа є: видиме збільшення, величина поля зору та числова апертура. Визначення цих характеристик наведено в лабораторній роботі №5.4, однак у мікроскопа є своя специфіка.

Об’єктив мікроскопа має лінійне збільшення Г_об, а окуляр дає видиме збільшення Г_ок. В результаті видиме збільшення мікроскопа

. (5.5.1)

При роботі з мікроскопом зображення, яке дає окуляр, спостерігається оком на відстані найкращого зору 0,25 м, тому і збільшення буде: . (5.5.2)

Поле зору мікроскопа визначається діаметром кола 2 ℓ в просторі предметів, зображення якого співпадає з польовою діафрагмою приладу 2 ℓ ¢. Відношення і є лінійним збільшенням об’єктива для найбільшого за лінійними розмірами відрізка, що може спостерігатись у мікроскоп (рис. 5.5.2): . (5.5.3)

Таким чином, поле зору: , (5.5.4)

і з урахуванням виразу (5.5.2) остаточно маємо: (5.5.5)

У об’єктива мікроскопів апертурною діафрагмою є оправа однієї з останніх лінз або діафрагма, розташована поблизу заднього фокуса (див.рис.5.5.2). В результаті вихідною зіницею об’єктива буде або оправа останньої лінзи, або сама діафрагма, або зображення оправи лінзи об’єктива.

Діаметр вихідної зіниці мікроскопа:

, (5.5.6)

де А - числова апертура об’єктива.

Вхідною зіницею мікроскопа Д_вхз є зображення апретурної діафрагми при оберненому ході променів крізь об’єктив. В мікроскопах з великим збільшенням апертурна діафрагма лежить в задній фокальній площині об’єктива, а вхідна зіниця лежить на нескінченності.

Роздільна здатність мікроскопа a для світла з довжиною хвилі l

. (5.5.7)

Хід роботи

1. Визначення видимого збільшення мікроскопа.

1.1.На предметному столику в полі зору мікроскопа розташувати об’єктний мікрометр так, щоб його шкала була вертикальною.

1.2.На підставку поруч з мікроскопом на відстані найкращого зору від окуляра розташувати міліметрову лінійку так, щоб вона була паралельною до шкали об’єктного мікрометра.

1.3.Одним оком дивитися на об’єктний мікрометр крізь мікроскоп, а іншим − на лінійку поруч з мікроскопом. При цьому визначити, скільки поділок міліметрової лінійки вкладається в одну поділку об’єктного мікрометра.

1.4.За формулою ,з урахуванням ціни поділки об’єктного мікрометра та міліметрової лінійки, розрахувати видиме збільшення мікроскопа Г.

2. Визначення числової апертури мікроскопа.

2.1. На предметний столик мікроскопа слід покласти непрозору пластину з дуже малим отвором і сфокусувати мікроскоп на цей отвір.

2.2. Відхилити в сторону освітлювальне дзеркало мікроскопа і під непрозорою пластинкою на відстані = 10 см (рис. 5.5.3) розташувати міліметрову лінійку. Вийняти окуляр з оправи.

2.3. Розглядаючи лінійку крізь тубус мікроскопа виміряти відстань (рис. 5.5.3) (межі поля зору), тобто полічити кількість поділок міліметрової лінійки, видимих через отвір непрозорої пластинки. Визначити числову апертуру за формулою: , де .

2.4. Обчислити роздільну здатність за формулою (5.5.7) для довжини хвилі = 555 нм (максимум чутливості ока для денного світла).

Контрольні запитання

1. Закони геометричної оптики.

2. Призначення мікроскопа, як оптичної системи.

3. Принципова відмінність оптичної системи мікроскопа від телескопічної системи.

4. Головні оптичні характеристики мікроскопа. Як вони визначаються у даній лабораторній роботі?

5. Особливості об’єктива та окуляра мікроскопа.

6. Хід променів та побудова зображення у мікроскопі.