Теория работы. Лабораторная работа №15. Изучение микроскопа

Лабораторная работа №15. Изучение микроскопа

Порядок выполнения работы

1. Определение нульпункта прибора:

1.1. открыть верхнюю камеру, промыть и вытереть досуха соприкасающиеся плоскости призмы;

1.2. нанести пипеткой на поверхность измерительной призмы 1-2 капли дистиллированной воды;

1.3. поворачивая окуляр, добиться четкого изображения поля зрения;

1.4. глядя в окуляр, перемещать источник света, добиваясь наибольшей контрастности поля зрения;

1.5. совместить перекрестье (прицел) с границей светотени, перемещая рукоятку;

1.6. по левой шкале отсчитать нульпункт прибора (т.е. показатель преломления дистиллированной воды), а по правой шкале - концентрацию (в случае дистиллированной воды концентрация равна нулю).

2. Определение показателя преломления и концентрации растворов спирта:

2.1. при определении показателя преломления и концентрации спиртовых растворов все операции производить в той же последовательности как и при определении нульпункта прибора. Только вместо дистиллированной воды на поверхность измерительной призмы наносить 1-2 капли исследуемого раствора в порядке номеров, указанных на сосудах (№№1,2,3,4);

2.2. глядя в окуляр, по левой шкале отсчитывать показатель преломления данного раствора, а по правой его концентрацию;

2.3. по формуле (17.2) рассчитать скорость света в растворах с различной концентрацией;

2.4. результаты измерений и вычислений занести в таблицу;

2.5. построить графики зависимостей:

2.5.1. показателя преломления от концентрации n=n(С, %);

2.5.2. скорости света в данном растворе от концентрации v = v (С, %).

2.6. сделать выводы о зависимости показателя преломления и скорости света в растворах от их концентрации.

№ раствора	n	C, %	v, м/с
Дист. вода

График зависимости n=n(С, %).

Вывод:

График зависимости v = v (С, %)

Вывод:

Контрольные вопросы защиты лабораторной работы:

1. Запишите и дайте определение абсолютного показателя преломления.

2. Запишите и дайте определение закона преломления света.

3. Нарисуйте и объясните два случая преломления света.

4. Нарисуйте и объясните случай полного внутреннего отражения света.

5. Запишите и объясните закон преломления для случая полного внутреннего отражения света.

Цель работы: изучить устройство, оптическую схему и основные характеристики микроскопа; научиться определять увеличение микроскопа и показатель преломления стекла при помощи микроскопа.

Приборы и принадлежности: микроскоп, зеркальная насадка, измерительная линейка на штативе, камера Горяева, набор стекол с различными показателями преломления.

Микроскоп – это оптический прибор, предназначенный для получения изображения предметов, невидимых невооруженным глазом. Микроскоп состоит из двух основных частей: механической (корпус, подставка, тубус и т.д.) и оптической (система линз).

Внешний вид микроскопа показан на рис.18.1. Все детали крепятся на массивном основании 1. Оптическая часть находится в тубусе 8, в верхней части которого крепится окуляр 9, з в нижней имеется поворотная турель 7 с набором объективов 6. Наблюдаемый объект располагают на предметном столике 5, который с помощью винтов 4 может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а также поворачиваться вокруг вертикальной оси. Под предметным столиком находится зеркальце 2 и конденсор 3, с помощью которых свет от лампы направляется на объект. Наведение резкости осуществляется вертикальным перемещением тубуса с помощью рукояток 10, 11, одна (10) служит для грубой, а другая (11) для точной фокусировки.

Оптическая схема микроскопа состоит из двух частей (Рис.18.1): объектива (Об.) - системы линз, которая предназначена для ослабления сферической и хроматической аберрации и обращенной к предмету и окуляра (Ок.) - системы линз (обычно двух), обращенной к наблюдателю.

На рис.18.1 показана оптическая схема и построение изображения предмета в микроскопе. При построении изображения в микроскопе необходимо придерживаться следующего плана построения, номера которого соответствуют номерам в скобках на рис.18.1:

1. рисуем главную оптическую ось - номер (1);

2. ставим линзу – объектив Об. – номер (2);

3. отмечаем фокусы объектива F _об на равном расстоянии от линзы с двух сторон – номер (3);

4. помещаем предмет АВ перед фокусом объектива – номер (4);

5. проводим луч (5) от вершины предмета В сначала параллельно главной оптической оси до линзы, а затем после преломления в линзе, ведем его через фокус объектива;

6. проводим луч (6) от вершины предмета В через оптический центр объектива, такие лучи не преломляются. Ведем его до пересечения с лучом (5);

7. строим промежуточное изображение А ₁ В ₁ – номер (7). Изображение, которое дает объектив, получается увеличенным, перевернутым и действительным;

8. правее полученного изображения А ₁ В ₁ ставим окуляр Ок. – номер (8);

9. находим фокус окуляра F _ок так, чтобы полученное промежуточное изображение А ₁ В ₁ оказалось между фокусом окуляра и самим окуляром. Считаем клеточки, т.е. на каком расстоянии оказался фокус от окуляра слева. На таком же расстоянии справа от окуляра отмечаем второй фокус окуляра – номер (9);

10. от вершины промежуточного изображения В ₁ проводим луч (10) через оптический центр линзы, не преломляясь;

11. от вершины промежуточного изображения В ₁ проводим луч (11) сначала параллельно главной оптической оси до линзы, а затем через фокус окуляра. Мы видим, что лучи (10) и (11) расходятся. Тогда продолжаем лучи (10) и (11) в обратную сторону до их пересечения;

12. в месте пересечения лучей строим окончательное изображение А ₂ В ₂ - номер (12). Т.е., окуляр дает увеличенное, прямое (не перевернутое) и мнимое изображение;

Таким образом, микроскоп в целом дает увеличенное, перевернутое и мнимое изображение.

Микроскоп характеризуется величинами: L - оптическая длина тубуса микроскопа (тубусное расстояние, равное расстоянию между внутренними фокусами окуляра и объектива); S - расстояние наилучшей видимости (расстояние от окуляра до полученного изображения и приблизительно равное 0,25м).

Используя приведенные обозначения, можно записать увеличение микроскопа, которое показывает во сколько раз размер изображения больше размера предмета, как: (18.1)

или, исходя из выражения (18.1), увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива на увеличение окуляра.

Но увеличения объектива и окуляра вычисляются по формулам:

и ,

тогда увеличение микроскопа: . (18.2)

Микроскоп характеризуется разрешающей способностью.

Разрешающая способность – это способность давать четкое изображение двух близко расположенных светящихся точек, чтобы они не сливались в одну светящуюся точку.

Предел разрешения z – это минимальное расстояние или тот минимальный размер предмета, изображение которого мы можем четко получить в данной оптической системе: , (18.3)

где q (греч. «тета») - это апертурный угол - это угол, под которым из центра предмета видны края объектива (Рис.18.2); - длина волны света, которым освещается предмет; n – показатель преломления среды, окружающей объектив.

Чтобы предел разрешения z был как можно меньше, надо, чтобы и была как можно меньше, т.е., надо освещать предмет синим или фиолетовым светом. С этой же целью необходимо, чтобы n – показатель преломления среды, окружающей объектив, был как можно больше. Но показатель преломления воздуха n =1, поэтому, особенно в биологии, для увеличения показателя преломления и, соответственно, для уменьшения предела разрешения используют иммерсионную жидкость, окружающую объектив (например, при рассматривании образцов тканей, препараты помещаются в иммерсионную жидкость – кедровое масло, показатель преломления которого n =1,38, т.е. больше, чем у воздуха).

Задание №1. Определение увеличения микроскопа

Экспериментально коэффициент увеличения микроскопа можно определить путем сравнения величины мнимого изображения предмета, получаемого в микроскопе, с миллиметровой шкалой линейки. Для этой цели служит схема, представленная на рис.2, где: 1- предмет с известным размером (сетка Горяева); 2- микроскоп; 3- зеркальная насадка, состоящая из насадки на окуляр микроскопа и плоского зеркала, вращающегося вокруг горизонтальной оси. Внутри насадки имеется полупрозрачное зеркало (с очень тонким слоем серебра), установленное под углом 45° к тубусу микроскопа; 4- штатив с закрепленной линейкой с миллиметровой шкалой; 5- глаз, в который попадают световые лучи, проходящие через микроскоп и отраженные от зеркальной насадки.

Такая система зеркал позволяет совместить изображение предмета в микроскопе с изображением измерительной линейки, т.е. оценить по размеру изображения линейки размер изображения предмета. Тогда увеличение микроскопа:

(3)

где: L₁ - длина изображения линейки; L₂ -длина изображения предмета (сетки Горяева). В свою очередь, длина изображения линейки L₁ равна произведению цены деления линейки А₁ на число делений линейки N₁, а длина L₂ изображения сетки равна произведению цены деления сетки А₂ (размера малого квадрата сетки, равного А₂=0,05 мм) на число квадратов N₂ . Тогда формула (3) для экспериментального определения увеличения микроскопа примет вид:

. (4)

Порядок выполнения задания №1

1. В качестве предмета взять сетку Горяева и добиться её отчетливого изображения в микроскопе.

2. Поставить зеркальную насадку на окуляр микроскопа так (рис.2), чтобы в глаз приходили световые лучи от сетки и линейки.

3. Отсчитать количество делений измерительной линейки N₁, совпадающих c делениями (квадратами) сетки N₂.(С 1,2 и 3 квадратами).

4. По формуле (4) вычислить увеличение микроскопа. Найти среднее значение увеличения. Оценить погрешности измерений.

5. Определить увеличение микроскопа при другом объективе.

6. Вычислить для соответствующих сочетаний объективов и окуляров истинное увеличение микроскопа К_ист. по формуле (1) и сравнить с опытными данными. Значения увеличения объектива К_об. и окуляра К_ок. даны на их корпусах.

7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

№	Экспериментальный метод	Истинное значение
№	А1	А2	N1	N2	К	Кср.	DК	DК × 100% Кср.	Коб.	Кок.	Кист
		0,05
	мм	мм

Задание №2. Определение абсолютного показателя преломления стекла

Абсолютный показатель преломления среды показывает во сколько раз скорость света в вакууме с больше скорости света в данной среде v,

. (5)

Так как, скорость света меняется при переходе из одной cреды-n₁ в другую-n₂, то при этом, изменяется и направление распространения света (рис.3).

Для монохроматического света (света с определенной длиной волны) справедлив закон преломления, согласно которому: синус угла падения - a так относится к синусу угла преломления - g, как скорость света в первой среде - v₁ к скорости света во второй среде - v₂, или абсолютный показатель преломления второй среды - n₂ к абсолютному показателю преломления первой среды - n₁:

. (6)

В основе рассматриваемого нами метода определения абсолютного показателя преломления лежит явление кажущегося изменения толщины стеклянной пластинки вследствие преломления световых лучей, проходящих в стекле при рассматривании пластинки нормально к поверхности (рис.4).

В точку В, находящуюся на нижней поверхности стеклянной пластинки, падают два луча света. Один луч падает нормально (перпендикулярно) к её поверхности и поэтому проходит сквозь пластинку не преломляясь, и выходит в воздух в точке А. Второй луч преломляется и выходит из пластинки в точке Д по направлению к точке О. Так как стекло - более оптически плотная среда по сравнению с воздухом, т.е.n>n₀,то угол падения a луча ВД будет меньше, чем угол преломления g луча ДО. Если смотреть из точки О, то мы будем видеть точку пересечения лучей ДО и ВА не в точке В, а в точке С. Таким образом, толщина стеклянной пластинки будет казаться равной АС, т.е. меньшей, чем истинная толщина АВ.

Так как в микроскоп падает очень узкий пучок лучей и углы a и g малы, а для малых углов справедливо равенство, что: sina=tga и sing=tgg. Тогда закон преломления (6) для нашего случая примет вид:

, (7)

но, учитывая, что n₀ - абсолютный показатель преломления воздуха, а скорость света в воздухе такая же как и в вакууме, т.е. v_возд.=с, то используя выражение (5), находим, что n₀=1. Используя данный результат, выразим абсолютный показатель преломления стекла из формулы (7):. (8)

Но из рис.4: и, тогда:, а учитывая, что: АД=ВВ₁ , АС=Н - кажущаяся толщина пластинки, а ДВ₁=d - истинная толщина пластинки, то окончательное выражение для нахождения абсолютного показателя преломления n примет вид:

. (9)

Таким образом, исходя из формулы (9), показатель преломления показывает во сколько раз истинная толщина пластинки больше мнимой.

Порядок выполнения задания №2

1. Микрометрический винт микроскопа установить на положение 0 (в положение упора). Кремальерой микровинта сфокусировать поверхность сетки Горяева.

2. Поместить на сетку Горяева исследуемую стеклянную пластинку и

через неё вновь сфокусировать поверхность сетки, вращая только микрометрический винт, в процессе вращения отсчитывая количество делений по шкале микровинта. В положение микровинта, при котором четко видна сетка - мы видим нижнюю мнимую поверхность исследуемого стекла - число “А”.

3. Продолжая вращать микрометрический винт, навести на резкость верхнюю поверхность исследуемой стеклянной пластинки. Отсчитать по шкале микровинта число делений “В”, учитывая число оборотов. В положении микровинта - “В” мы видим реальную верхнюю поверхность стекла.

4. Величина “В”, умноженная на шаг микровинта k даст истинную толщину пластинки - d (т.к. его ход начался с “0”). Разность В-А, умноженная на шаг микровинта, даст нам Н - кажущуюся толщину пластинки. Согласно формуле (9) имеем: d=kB, H=k(B-A), тогда:

(10)

5. По формуле (10) вычислить показатель преломления стекла.

6. Произвести измерения ещё два раза. Найти среднее значение абсолютного показателя преломления n_ср. . Оценить погрешности.

7. Провести аналогичные измерения и вычисления показателя преломления оргстекла.

8. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

Вещество	№	А	В	В-А	n	ncр.	Dn	Dn/nср.×100%
Стекло
Орг.
стекло

Контрольные вопросы допуска и защиты лабораторной работы.

1. Что такое микроскоп? Назвать его основные части.

2. Что показывает увеличение микроскопа?

3. Что показывает абсолютный показатель преломления вещества?

4. Нарисовать ход лучей в микроскопе. Какое он дает изображение?

5. Записать теоретическую и экспериментальную формулы для нахождения увеличения микроскопа, объяснить их.

6. Объяснить методику определения увеличения микроскопа.

7. Вывести формулу для определения показателя преломления.

8. Объяснить методику определения показателя преломления.

Дата добавления: 2014-10-31