Лабораторна робота № 26. ВИВЧЕННЯ МІКРОСКОПА

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 Nподілками 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?