Определение увеличения микроскопа и измерение линейных размеров малых объектов

Цель работы: изучить микроскоп, определить увеличение микроскопа и линейный размер малого объекта.

Приборы и принадлежности: микроскоп биологический, осветитель, микрометр, миллиметровая линейка, предметное стекло с тонкой проволокой, предметное стекло с волосом, гистологический препарат поперечно-полосатой мышцы, подставка для зарисовки изображения.

 

ТЕОРИЯ

Понятия из оптики, используемые в пособии:

1. Линза - прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями, одна из поверхностей может быть плоской.

2. Тонкая линза – линза, толщина которой мала по сравнению с радиусом ее кривизны.

3. Оптическая система - система из нескольких линз.

4. Главная оптическая ось линзы - прямая, проходящая через центры всех ее сферических поверхностей.

5. Главная оптическая ось системы - прямая, на которой лежат центры всех ее сферических поверхностей.

6. Собирающая линза - линза, превращающая падающий на нее пучок параллельных лучей в сходящийся пучок.

7. Оптический центр тонкой линзы - точка, расположенная на главной оптической оси, через которую луч света проходит, не меняя своего направления. Обычно совпадает с геометрическим центром линзы.

8. Оптический центр глаза - условная точка модельного глаза, при прохождении через которую луч не меняет своего направления.

9. Главный фокус линзы - точка, в которой пересекаются после преломления лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси. В соответствии с направлением распространения луча различают передний и задний главные фокусы.

10. Фокальные плоскости - плоскости, проходящие через главные фокусы линзы перпендикулярно к ее главной оптической оси. Параллельные лучи, падающие на линзу под любым углом к главной оптической оси, пересекаются в фокальной плоскости.

11. Фокусное расстояние - расстояние от оптического центра тонкой линзы до ее главного фокуса.

12. Расстояние наилучшего зрения - наименьшее расстояние от предмета до глаза, при котором глаз дает резкое изображение при минимальном напряжении аккомодации. Для нормального глаза оно составляет 25 см.

13. Угол зрения - угол, образованный лучами, идущими от крайних точек предмета через оптический центр глаза.

14. Иммерсионная система - объектив микроскопа, у которого пространство между первой линзой и рассматриваемым предметом заполнено жидкостью с большим показателем преломления, называемой иммерсионной.

Оптическая система и принцип действия микроскопа

 

Микроскоп представляет собой комбинацию двух короткофокусных оптических систем - объектива и окуляра.

Фокусное расстояние

объектива - несколько миллиметров,

окуляра - несколько сантиметров.

 

Схема оптической системы микроскопа и ход лучей в нем показаны на рис.1. Соотношение между фокусными расстояниями и оптической длиной тубуса выбраны условно.

Объектив и окуляр изображены в виде двух собирающих линз Об и Ок. Малый объект АВ помещается на предметном столике перед объективом на расстоянии чуть большем его фокусного расстояния.

 

 

Рис. 1

 

 

Изображение на рис.1 строилось согласно правилам построения изображения в тонких линзах для наиболее простого случая, когда объект находится на главной оптической оси.

Луч 1 идет из точки В параллельно главной оптической оси ОО ₁ и после преломления в объективе проходит через его задний главный фокус .

Луч 2 идет из точки В без преломления через оптический центр объектива О. В месте пересечения этих лучей лежит точка В ₁ - изображение точки В. Опустим перпендикуляр из этой точки на главную оптическую ось и получим точку А₁ промежуточного изображения А ₁ В ₁.

Таким образом, с помощью объектива получаем действительное, увеличенное, обратное промежуточное изображение в плоскости, лежащей обязательно за передним главным фокусом окуляра F _ок.

Аналогично с помощью лучей 1’ и 2’ строим окончательное изображение, создаваемое окуляром. После преломления в окуляре эти лучи образуют расходящийся пучок и поэтому не пересекаются. Продолжим их в обратную сторону, точка пересечения В ₂ является мнимым изображением точки В ₁, а отрезок А ₂ В ₂ - окончательным изображением объекта АВ, увеличенным, мнимым и обратным относительно объекта, лежащего на расстоянии наилучшего зрения S. Это изображение и рассматривает глаз: расходящийся пучок лучей 1’ и 2’ из окуляра входит в глаз, преломляется его оптической системой и образует на сетчатке действительное изображение. При работе с микроскопом глаз располагается так, чтобы его оптический центр совпадал с задним главным фокусом окуляра . Поэтому расстояние наилучшего зрения условно отмеряют от этой точки.

Увеличение, даваемое микроскопом, показывает, во сколько раз величина изображения объекта больше величины самого объекта (рис.1)

К = А ₂ В ₂ / АВ. (1)

 

Если учесть, что К _об = А ₁ В ₁ /AB, а К _ок = А ₂ В ₂ /А ₁ В ₁, то получим

К = К _об ×К _ок. (2)

Из подобия треугольников ОСF ’_об и А ₁ В ₁ F ’_об и равенств АВ = ОС, F ’_об А ₁»D получаем

, (3)

а из подобия треугольников С ₁ О ₁ F ’_ок и А ₂ В ₂ и равенства А ₁ В ₁ = О ₁ С ₁ получаем

(4)

где D - оптическая длина тубуса (расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра); S - расстояние наилучшего зрения; f _об, f _ок - фокусные расстояния объектива и окуляра. После подстановки в выражение (2) формул (3) и (4) получаем

. (5)

Увеличение объектива и окуляра указываются на их оправе, например, у объектива: 8, 20, 40, 60; у окуляра: 7x, 10x, 15x.