Порядок выполнения лабораторной работы

Теория

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСКОПА

Цель работы: Практически освоить методику измерения увеличения микроскопа.

Оборудование: 1. Микроскоп школьный.

2. Микрообъект-шкала.

3. Рисовальный аппарат, столик для бумаги.

4. Две собирающие линзы.

5. Матовый экран.

6. РНШ.

7. Осветитель с нитью, линейка и угольник.

Оптический микроскоп предназначен для получения увеличенных изображений малых объектов, невидимых невооруженным глазом. Максимальное увеличение, которое может быть получено с помощью лупы 25^х. Большие увеличения до 3500^х достигаются с помощью микроскопов.

Оптическая система микроскопа состоит из объектива и окуляра, оптические оси которых совпадают.

Объектив представляет собой систему линз с очень коротким фокусным расстоянием. Передняя (фронтальная) линза объектива является основной, так как она главным образом создает увеличенное изображение объекта; остальные линзы служат для исправления ее недостатков.

Окуляр представляет собой лупу, состоящую обычно из двух линз: верхней - глазной и нижней - собирательной. Объектив дает увеличенное действительное и обратное изображение предмета. Окуляр устанавливается таким образом, чтобы изображение, создаваемое объективом, пришлось между окуляром и его главным фокусом. Окуляр, следовательно, служит лупой, через которую глаз рассматривает изображение предмета, А₁В₁, формируемое объективом.

Таким образом, глаз видит в окуляре изображение А₂ В₂, которое является мнимым, увеличенным и обратным по отношению к предмету АВ.

Объектив и окуляр помещаются в трубе, называемой тубусом микроскопа. Длина тубуса в некоторых микроскопах может меняться и измеряться по шкале, нанесенной на тубусе. При установке микроскопа на фокус, тубус с помощью кремальеры может перемещаться вверх и вниз.

В н и м а н и е! При перемещении тубуса не применять большие усилия! Перемещение тубуса вверх и вниз должно быть плавным.

Кремальера представляет собой зубчатое колесо, сцепленное с зубцами пластинки, приделанной к тубусу микроскопа. Более точная наводка на фокус осуществляется с помощью микрометрического винта.

Для освещения предмета служит зеркало, обращенное к свету.

Под предметным столиком укреплена диафрагма, служащая для большего или меньшего освещения предмета.

Линейным увеличением микроскопа γ называется отношение линейных размеров изображения предмета, видимого в данном микроскопе, к линейным размерам самого предмета (рис.1):

. (1)

Можно показать, что линейное увеличение микроскопа g равно произведению линейного увеличения объектива g₁ и линейного увеличения окуляра g₂:

. (2)

Из рис.1 следует, что линейное увеличение объектива

. (3)

Из подобия треугольников АВО₁ и А₁В₁О₁ находим:

, (4)

если a → f ₁ , то b ₁ → L,

где f₁ – главное фокусное расстояние объектива;

L – длина тубуса, равная расстоянию между объективом и окуляром.

Тогда формулы (3) и (4) могут быть представлены в следующем виде:

. (5)

Аналогично, линейное увеличение окуляра можно записать:

, (6)

что следует из подобия треугольников А₁В₁О₂ и А₂В₂О₂.

Если ,

где f₂ – главное фокусное расстояние окуляра;

Z – расстояние наилучшего зрения.

Для увеличения микроскопа получаем приближенную формулу:

. (7)

В паспорте микроскопа обычно фокусные расстояния объектива и окуляра не указываются, т.к. на них ставится число, указывающее его увеличение (например, 15^х – означает, что увеличение окуляра пятнадцати кратное).

Методика измерений

I. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ МИКРОСКОПА С ПОМОЩЬЮ РИСОВАЛЬНОГО АППАРАТА

Определение увеличения микроскопа производится с помощью рисовального аппарата и объективного микрометра (рис. 2).

Основной частью рисовального аппарата является призма-кубик, соединяющая два пучка лучей и направляющая их в глаз наблюдателя.

Призма-кубик представляет собой две призмы прямоугольной формы, склеенные по гипотенузе. Гипотенуза одной из них шириной в 2 мм, свободная от серебрения, необходима для проведения пучка лучей от объектива в глаз наблюдателя. Посеребренная часть гипотенузы направляет в глаз пучок лучей, отраженный зеркалом от бумаги. В глаз наблюдателя попадают одновременно лучи 1 и 2 (рис. 2), идущие от карандаша наблюдателя и бумаги, на которой обводится видимое в поле зрения изображение объекта. Для лучшей видимости как карандаша, так и объекта, в приборе имеются две системы светофильтров, выравнивающих интенсивность освещения полей. Рисовальный аппарат надет на тубус микроскопа на такой высоте, чтобы при вставленном окуляре опущенная откидная головка, несущая призму‑кубик и барабан светофильтров, не опиралась на торец окуляра. Между плоскостью окуляра и сектором светофильтров должен быть небольшой зазор.

Вместо объекта берется стеклянная шкала с ценой деления а = 0,1 мм.

Эту шкалу, так называемый объективный микрометр, кладут на столик микроскопа. Откинув головку рисовального аппарата, добейтесь четкого изображения шкалы через микроскоп. Для этого опускайте тубус микроскопа при помощи кремальеры, зубчатой рейки и винта, и приближайте объектив к шкале так, чтобы между ними остался зазор в 4…5 мм (следите, чтобы объектив не коснулся шкалы). Затем, смотря в окуляр, осторожно, медленно поднимайте тубус, пока не увидите четко шкалу. Поставьте головку рисовального аппарата на место и добейтесь одинаковой освещенности шкалы и поверхности бумаги.

При регулировке следует пользоваться поворотом зеркала микроскопа, сочетанием различных светофильтров, а иногда дополнительно освещать поверхность бумаги. Поверхность бумаги должна быть расположена на расстоянии ясного видения, т.е. на 25 см от окуляра. Получив резкое изображение штрихов шкалы и ясно видимые поверхности бумаги и карандаша, фиксируйте карандашом на бумаге некоторое число делений N. Измерив линейкой (по перпендикуляру) расстояние L между штрихами, нанесенными карандашом на бумаге, определите увеличение микроскопа по формуле

^, (8)

где L - длина изображения, содержащего N делений (не путайте деления

на шкале и проведенные штрихи).

Измерения проделайте не менее трех раз и результаты внесите в табл. 1.

Таблица 1

№ п/п	Цена делен. объекта (мм)	Число делен. изобра- жения N	Длина изобр. L (мм)	g	Dg			gист = gоб×gок
Ср. зн.

В тетради начертите ход лучей в микроскопе.

II. СОБРАТЬ МОДЕЛЬ МИКРОСКОПА И ОПРЕДЕЛИТЬ ЕГО УВЕЛИЧЕНИЕ

1. Определите фокусные расстояния для 2-х собирающих линз. Выберите, какую из этих линз взять в качестве объектива, а какую – окуляра. При измерении фокусного расстояния объектива используйте матовый экран.

Для определения фокусных расстояний собирающих линз получите на экране четкое изображение удаленного предмета (рамы окна, дерева).

Если а велико, т.е. а >>f (а – расстояние от объекта до линзы), то f» b, где b – расстояние от линзы до экрана.

2. Измерения проводите не менее трех раз для каждой линзы.

3. Результаты внесите в табл. 2.

Таблица 2

№ п/п	fОБ (см)	fОК (см)	Длина тубуса (см)	g	Dg
Ср.зн.

III. САМОСТОЯТЕЛЬНО СОБРАТЬ МОДЕЛИ

а) фотоаппарата, б) проекционного аппарата. Выбрать в этом случае линзу для объектива и измерить ее фокусное расстояние.

Начертить ход лучей в этих моделях, объясните Ваш выбор объектива и расположение предмета перед объективом.

Контрольные вопросы

1. Построите изображение в линзах (собирающей и рассеивающей).

2. Дайте определение фокусного расстояния, оптической силы линзы. От чего оно зависит.

3. В чем измеряется фокусное расстояние и оптическая сила линз в СИ?

4. Что называется линейным увеличением?

5. Что называется длиной тубуса?

6. Какая линза взята в микроскопе в качестве объектива? Окуляра? Что больше: фокусное расстояние объектива или окуляра? Почему? В каких единицах они измеряются?

7. Начертите ход лучей в микроскопе.

8. Знать вывод формул (7) и (8).

Литература

1. Сивухин, Д.В. Оптика / Д.В. Сивухин. – М.: Физматлит, 2005. – Т. IV.

2. Детлаф, А.А. Курс физики / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. – М.: ACADEMA, 2003.

3. Бордовский, Г.А. Общая физика: курс лекций / Г.А. Бордовский, Э.В. Бурсиан.– М.:Владос, 2001.– Т.2.

4. Грабовский, Р.И. Курс физики / Р.И. Грабовский. – СПб: Лань, 2002.

5. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: ACADEMA, 2005.

6. Бутиков, Е.И. Физика. Электродинамика. Оптика / Е.И. Бутиков, А.С. Кондратьев. – М.: Физматлит., 2004.

7. Лабораторный практикум по общей и экспериментальной физике /

под ред. Е.М. Гершензона, А.Н. Мансурова – М.: ACADEMA, 2005.

ЗАДАНИЕ №1.

Дата добавления: 2015-05-06