Далее: 3.  Описание установки Вверх: Лабораторная работа №11 Назад: 1.  Вопросы для подготовки

2.  Теоретическое введение

Глаз человека не может различать удаленных предметов или близких, но достаточно малых, если угол зрения, под которым они рассматриваются, меньше одной минуты. Угол зрения -- это угол между лучами, идущими в глаз от крайних точек рассматриваемого предмета (рис.1). С уменьшением расстояния от предмета до глаза угол зрения увеличивается, но существует минимальное расстояние, на котором глаз еще способен видеть предмет. Этому минимальному расстоянию соответствует максимальная напряженность мышц хрусталика глаза. Такое состояние называется пределом аккомодации глаза.

Рис. 1.

Для рассматривания достаточно мелких объектов, надо искусственно увеличивать угол зрения. Для этого служат оптические инструменты. К основным увеличивающим угол зрения оптическим приборам относятся: лупа, зрительная труба, микроскоп.

Рассмотрим принцип действия микроскопа.

а) Получение изображения в микроскопе.

Оптическая схема микроскопа приведена на рис.2. Ход лучей дан в предположении, что глаз наблюдателя аккомодирован не на бесконечность.

Рис. 2.

Объектив микроскопа должен давать действительное и увеличенное изображение малых предметов. Поэтому рассматриваемый объект $AB$ располагается немного дальше главного фокуса объектива (фокусное расстояние объектива порядка нескольких мм), изображение $A_1B_1$ предмета $AB$ получается за двойным фокусным расстоянием по другую сторону объектива. Изображение $A_1B_1$, даваемое объективом, раcсматривается в окуляр. Окуляр действует как лупа, т.е. дает мнимое увеличенное изображение $A_2B_2$ предмета $AB$. Для этого действительное изображение $A_1B_1$ должно располагаться между окуляром и его главным фокусом достаточно близко к фокальной плоскости окуляра.

Одной из основных характеристик микроскопа является его увеличение, которое можно рассчитать по формуле:

$$\left.\begin{array}{ll} k_{\text{об.}} & ={\Delta\over f_{\text{о... ...cdot k_{\text{ок.}}={\Delta\cdot L \over f_{\text{об.}}\cdot f_{\text{ок.}}} ,$$ (1)

где	$\Delta$	--	оптическая длина тубуса микроскопа;
	$L$	--	расстояние наилучшего зрения, равное 250мм;
	$f_{\text{об.}}$	--	фокусное расстояние объектива;
	$f_{\text{ок.}}$	--	фокусное расстояние окуляра.

Практически увеличение микроскопа можно найти путем сравнения размеров изображения $A_2B_2$ с размерами предмета $AB$ по формуле

$$k={A_2B_2\over AB} .$$ (2)

Дня этого в качестве предмета $AB$ надо взять малый объект известных размеров, например, выпускаемый промышленностью объективный микрометр. Он представляет собой прозрачную или непрозрачную пластинку, на которую нанесена мелкая шкала с известной ценой деления. Изображение этой шкалы, даваемое микроскопом, измеряется обычной масштабной линейкой. Тогда

$$AB=aN_1 ,\qquad A_2B_2=bN_2 ,$$

где	$a$	--	цена деления объективного микрометра,
	$N_1$	--	число делений микрометра,
	$b$	--	цена деления измерительной линейки,
	$N_2$	--	число делений этой линейки.

Увеличение микроcкопа находится как

$$k={bN_2\over aN_1} .$$ (3)

б) Измерение толщины прозрачных объектов.

Микроскоп обладает свойством острой фокусировки, т.е. он дает отчетливое изображение предметов, лежащих в очень тонком слое. Микрометрический винт $B$ позволяет точно измерить перемещение тубуса, а это дает возможность определять расстояние между двумя горизонтальными плоскостями в прозрачной среде, где находятся наблюдаемые объекты.

Таким образом, для измерения толщины прозрачной пластинки надо произвести фокусировку микроскопа сначала на микрообъекты, находящиеся в одной плоскости (например, на верхней поверхности пластинки), а затем на микрообъекты во второй плоскости (например, на нижней поверхности пластинки) и рассчитать расстояние по соответствующему повороту головки микрометрического винта. При этом, однако, необходимо принять во внимание, что истинное расстояние между плоскостями, на которые фокусируется микроскоп в прозрачной среде, больше перемещения тубуса в $h$ раз:

$$h=nh_1 ,$$ (4)

где	$n$	--	показатель преломления,
	$h$	--	действительная толщина,
	$h_1$	--	оптическая толщина (перемещение тубуса).

Далее: 3.  Описание установки Вверх: Лабораторная работа №11 Назад: 1.  Вопросы для подготовки