Проведение измерений и обработка результатов

Измерение расстояния наилучшего зрения. При рассмотрении предметов с помощью окуляра или лупы важное значение имеют оптические свойства самого глаза, так как видимая картина является результатом совместного действия окуляра (лупы) и оптической системы глаза, с учётом субъективных зрительных навыков и патологии глаза наблюдателя. Одним из свойств глаза, который является очень сложным и совершенным оптическим инструментом, является аккомодация. Аккомодацией называется способность глаза приспосабливаться к чёткому наблюдению разноудалённых предметов. Это достигается изменением формы хрусталика.

Различают ближнюю и дальнюю точки ясного зрения. Расстояние между этими точками в метрах определяет область или длину аккомодации, а выраженное в диоптриях – силу аккомодации.

Расстояние, на котором глаз отчётливо различает наибольшее число деталей предмета, называется расстоянием наилучшего зрения. Это расстояние является специфичным для каждого глаза, причём в общем случае расстояние d_о наилучшего зрения при непосредcтвенном наблюдении предметов может отличаться от расстояния d, на которое аккомодируется глаз при рассмотрении с помощью окуляра или лупы. В частности, для дальнозоркого глаза расстояние d₀ может оказаться порядка 30÷40 см, а расстояние d, на которое аккомодируется глаз при наблюдении с помощью окуляра, может быть бесконечно большим.

Рис. 38

В рамках настоящего упражнения предлагается измерить расстояние d наилучшего зрения при рассмотрении предмета с помощью окуляра. Схема оптической системы для выполнения упражнения приведена на рис. 38. Перестраиваемый окуляр (лупа) настраивается таким образом, чтобы наблюдаемое через него изображение объекта было видно наиболее отчётливо. Далее окуляр 3 вместе с объектом 2 устанавливается на оптическую скамью вблизи источника света 1 с одной стороны и фотообъектива 4 – с другой. Перемещая экран 5, необходимо добиться чёткого изображения объекта 2 на экране.

Затем окуляр вместе с объектом снимается и, не меняя относительного расположения объектива и экрана, относительным перемещением источника и фотообъектива находится расстояние d, при котором на экране получается чёткое изображение источника.

Следует иметь в виду, что расстояние d измеряется от источника света до первой главной плоскости объектива, положение которой отмечено на креплении объектива. Поэтому переднюю главную плоскость объектива при настройке с окуляром (лупой) следует располагать в непосредственной близости от лупы. При этом несоответствие в расположении глаза и передней главной плоскости Н (рис. 38) относительно окуляра (лупы) повлечёт за собой ошибку в измерении расстояния d. Измерения необходимо повторить 4-5 раз, найти среднее значение и определить среднеквадратическую ошибку измерений.

Определение увеличения зрительной трубы. Оптические системы, предназначенные для наблюдения удалённых предметов, называются телескопическими. Вследствие достаточной удалённости предметов лучи из каждой точки предмета поступают в телескоп или зрительную трубу в виде почти параллельного пучка. Поэтому можно считать, что изображение предметов получается в задней фокальной плоскости объектива. В первом приближении также можно считать, что это действительное обратное изображение располагается в передней фокальной плоскости окуляра, поэтому выходящие из телескопической системы пучки лучей можно в первом приближении считать параллельными.

Ход лучей в телескопической системе показан на рис. 39, откуда видно, что отношение диаметров зрачка входа D и зрачка выхода D ^/ равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра. С другой стороны, как следует из формулы (21), это отношение определяет видимое увеличение зрительной трубы. Таким образом, видимое увеличение зрительной трубы может быть определено с помощью формулы

. (23)

Рис. 39

Формула (23) положена в основу первого метода измерения видимого увеличения зрительной трубы.

В рамках этого метода зрительная труба настраивается на чёткое изображение достаточно удалённых предметов. Производятся измерения входного зрачка (внутреннего диаметра оправы объектива) и выходного зрачка. Для этого за окуляром зрительной трубы устанавливается экран с делениями таким образом, чтобы на экране отчётливо наблюдалось световое пятно, образованное выходящими из зрительной трубы пучками света. Видимое увеличение подсчитывается по формуле (23).

Видимое увеличение зрительной трубы может быть измерено вторым методом. В рамках этого метода угловые размеры изображения целого числа делений стенного масштаба, видимых одним глазом в зрительной трубе, измеряются целым числом N делений, видимых вторым (невооружённым) глазом. Для этого необходимо, одновременно наблюдая двумя глазами, один из которых вооружён зрительной трубой, увидеть линейку (стенной масштаб). При этом в поле зрения зрительной трубы видно какое-то число увеличенных делений. Необходимо выбрать такое целое число n этих делений, которое видно под тем же углом, под которым невооружённым глазом видно другое целое число N делений (рис. 40).

Рис. 40

В результате деления N на n получим число делений, видимых невооружённым глазом под тем углом, под которым видно изображение одного деления в зрительной трубе, т.е. видимое увеличение

. (24)

Измерение поля зрения зрительной трубы. Полем зрения называется та часть пространства, которая видна или изображается с помощью данной оптической системы. Очевидно, поле зрения ограничено вследствие конечных размеров линз. Для систем, предназначенных для рассмотрения значительно удалённых предметов (например, для зрительной трубы), поле зрения принято характеризовать в угловой мере. Для систем, предназначенных для рассмотрения близлежащих предметов (например, для микроскопа), поле зрения определяется в линейной мере.

Для измерения поля зрения зрительной трубы необходимо настроить её на стенную линейку и определить длину (l) той части линейки, которая видна в поле зрения зрительной трубы. Затем с помощью рулетки необходимо измерить расстояние L от линейки до объектива зрительной трубы.

Поле зрения определится по формуле

,

а в градусной мере

. (25)

Измерение увеличения микроскопа. Как следует из формулы (20), видимое увеличение микроскопа зависит от фокусных расстояний объектива и окуляра, положения предмета относительно объектива и, следовательно, от положения окуляра относительно объектива, а также от расположения глаза и способа его аккомодации.

Рис. 41

Однако в первом приближении можно считать, что действительное изображение, полученное с помощью объектива, находится в передней фокальной плоскости окуляра (рис. 41). Выходной зрачок, как видно из рисунка, расположен за вторым фокусом окуляра, причём, так как на практике фокусное расстояние окуляра намного меньше расстояния от объектива до окуляра, в первом приближении можно считать, что выходной зрачок совмещён со второй фокальной плоскостью окуляра.

Если глаз наблюдателя совмещён с выходным зрачком (см. теоретические сведения), видимое увеличение в этом случае может подсчитываться по формуле (22).

Для измерений видимого увеличения микроскопа (рис. 37) на предметный столик кладётся объектный микрометр – стеклянная пластинка с нанесённой на ней шкалой с делениями через 0,1 мм. С помощью кремальерных винтов 8, 9 и окуляра 11 производится настройка микроскопа на чёткое изображение. Сбоку на расстоянии наилучшего зрения устанавливается вертикальная шкала с миллиметровыми делениями. На окуляр микроскопа устанавливается наклонное зеркальце (полупрозрачное или имеющее продольный вырез) таким образом, чтобы можно было одновременно видеть отчётливое изображение объектного микрометра в микроскопе и вертикальную шкалу. При этом для выравнивания освещённости рекомендуется пользоваться диафрагмой конденсора или изменением наклона зеркала. Подсчитывается число делений шкалы N, видимых под тем же самым углом, под которым видно n делений изображения микрометра. Так как линейные размеры делений вертикальной шкалы в 10 раз больше соответствующих делений микрометра, видимое увеличение подсчитывается по формуле

. (26)

Контрольные вопросы и задания

1. С помощью каких формул можно вычислить увеличение объективов зрительной трубы и микроскопа, а также увеличение окуляра?

2. Где располагается выходной зрачок в зрительной трубе и в микроскопе?

3. От каких параметров зависит увеличение зрительной трубы и микроскопа?

4. Рассказать об измерении расстояния наилучшего зрения.

5. Рассказать о методах измерения увеличения зрительной трубы и микроскопа.

6. Рассказать об измерении поля зрения зрительной трубы.

7. Построить ход лучей в зрительной трубе и микроскопе.

Дата добавления: 2015-06-04