Мета робота – вивчення оптичних властивостей мікроскопа, вивчення і практичне визначення деяких його характеристик.
Вказівки до виконання лабораторної роботи
Для виконання лабораторної роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: основні закони геометричної оптики; зображення предметів за допомогою тонких лінз.
[1, §§165 – 167; 3, §§ 115, 117; 5, §92]
Головними оптичними характеристиками мікроскопа є:
1) видиме збільшення;
2) поле зору;
3) числова апертура.
Визначення всіх цих характеристик стосовно телескопічної системи подано в лабораторній роботі № 25. Вони справедливі й для мікроскопа, але в оптичній системі мікроскопа є своя специфіка.
Об’єктив мікроскопа має лінійне збільшення b, а окуляр дає видиме збільшення Г ок. Таким чином, видиме збільшення мікроскопа:
. (26.1)
В умовах роботи окуляра мікроскопа нормальне око сприймає зображення, яке дає окуляр на відстані ясного зору – 0,25 м, а тому
. (26.2)
Тоді:
. (26.3)
Поле зору мікроскопа визначається діаметром кола (2 
) в просторі предметів, зображення якого співпадають з польовою діафрагмою приладу (2 
), яка розташована в передній фокальній площині окуляра.
Відношення 
є лінійне збільшення об’єктива 
для максимального за лінійними розмірами відрізка , який видно в мікроскоп
.
Отже, поле зору:
,
а оскільки з формули (1.6.3):
, (26.4)
то величина поля зору мікроскопа (рис. 26.1):
. (26.5)
Поняття “числова апертура” для мікроскопа не має специфічних особливостей.
У об’єктивів мікроскопів апертурною діафрагмою є оправа однієї із останніх лінз або діафрагма, розташована поблизу заднього фокуса (рис. 26.1).
Вихідною зіницею об’єктива буде або зображення оправи лінзи, отримане в результаті дії наступних лінз об’єктива, або сама діафрагма.
, (26.6)
де А – числова апертура об’єктива.
Отже, діаметр вихідної зіниці мікроскопа прямо пропорційний числовій апертурі (А) і обернено пропорційний видимому збільшенню мікроскопа (Г).
Вхідна зіниця (D вх.зн) усієї системи мікроскопа є зображенням апертурної діафрагми при оберненому ході променів крізь об’єктив.
В мікроскопах з великим збільшенням апертурна діафрагма розташована в задній фокальній площині об’єктива і вхідна зіниця такого мікроскопа знаходиться на нескінченності.
Роздільна здатність мікроскопа (a) визначається за формулою:
, (26.7)
де l – довжина хвилі монохроматичного світла, в якому спостерігається предмет, А – числова апертура об’єктива мікроскопа.
Формула (26.7) пояснюється з точки зору хвильової оптики, тому, не розглядаючи її обґрунтування, позначимо, що роздільна здатність мікроскопа тим вища, чим більша його числова апертура (А).
Хід роботи
1. Визначення видимого збільшення мікроскопа:
а) розташувати об’єктний мікрометр в полі зору мікроскопа так, щоб його шкала з поділками була видна у вертикальному положенні і досягти його чіткого зображення;
б) покласти на підставку поблизу з предметним столиком мікрометра (паралельно шкалі мікрометра) смугу міліметрового паперу. Відстань від ока до паперу повинна відповідати відстані найкращого зору для вашого ока (при нормальному зору 0,25 м);
в) відмітити n поділок за мікрометром, розглядаючи одним оком шкалу об’єктивного мікрометра в мікроскоп, а другим смугу міліметрового паперу і визначити, скільком поділкам на міліметровому папері (N) вони відповідають (аналогічно тому як показано на рисунку 25.3 лабораторної роботи №25);
г) знаючи ціну поділки об’єктного мікрометра k, виконати розрахунок видимого збільшення (Г) за формулою:
.
2. Визначення розмірів малих об’єктів:
а) розташувати на предметному столику мікроскопа об’єктний мікрометр і досягти його чіткого зображення. В оправу окуляра має бути встановлений окулярний мікрометр;
б) сумістити одну поділку “ а ” об’єктивного мікрометра з N поділками окулярного мікрометра, визначити ціну його поділки:
;
в) розташувати на предметному столику мікроскопа замість об’єктного мікрометра тонкі дротинки, визначити, якій кількості поділок окулярного мікрометра відповідає їх діаметр, знайти величину діаметра.
3. Визначення числової апертури мікроскопа:
а) на предметному столику мікроскопа розташувати непрозору пластинку з досить малим отвором О (рис. 26.2) та досягти різкого зображення країв отвору;
б) відхилити у бік освітлювальне дзеркало мікроскопа і під об’єктивом на відстані 0,1 м розташувати лінійку з поділками. Окуляр при цьому вийняти;
в) розглянути об’єктив мікроскопа крізь його тубус, та зафіксувати межі поля зору мікроскопа (точки А і B);
г) визначити синус апертурного кута w:
;
д) розрахувати числову апертуру:
;
е) розрахувати роздільну здатність мікроскопа за формулою (26.7)
Довжина хвилі (l) береться відповідно до максимуму спектральної чутливості ока для денного світла. l=555нм.
Контрольні запитання
1. Назвіть головні оптичні характеристики мікроскопа; поясніть їх фізичний зміст.
2. Чому дорівнює видиме збільшення мікроскопа?
3. Чому чисельно дорівнює поле зору мікроскопа?
4. Що таке роздільна здатність мікроскопа і чому вона дорівнює?
5. Як експериментально визначають видиме збільшення мікроскопа?
6. Як визначити розміри мікроскопічного об’єкта за допомогою мікроскопа?
