Порядок выполнения работы

1. Н

   

   Рис. 4

   ажатием на ручку 2 (на себя) откинуть осветительную призму. Протереть тканью грани призм и, затем нанести на поверхность измерительной призмы1 каплю дистиллированной воды (концентрация 0 %), опустить верхнюю (осветительную) призму.

2. Наблюдая в окуляр 3, поворачивать его по или против часовой стрелки до тех пор, пока в поле зрения не будет виден резко штрих сетки (темная вертикальная линия) и изображение шкалы (светлые линии с цифрами).

3. Вращением маховика 5 измерений (“И”) границу светотени ввести в поле зрения окуляра.

4. Вращением маховика 4 компенсатора (“К”) добиться исчезновения окраски граничной линии.

5. Наблюдая в окуляр, маховиком 5 навести границу светотени точно на линию штриха, и снять значение показателя преломления n (с точностью до тысячных).

6. Повторить п.п. 3–5 еще два раза. Найти среднее значение показателя преломления .

7. Протереть грани призм и, нанести на поверхность 1 каплю чистого глицерина (концентрация 100 %).

8. Выполнив пункты 2 – 6 , определить показатель преломления глицерина.

9. Аналогично определить показатели преломления смесей глицерина с водой.

10. Построить график зависимости показателя преломления п от концентрации С, % по двум базовым (0 и 100 % ) точками по графику определить концентрацию каждого раствора.

11. Результаты измерений занести в таблицу.

состав	вода	глицерин	смесь 1	смесь 2
С, %	0	100

Табличные значения показателя преломления для чистой воды п = 1,333

для чистого глицерина п = 1,470.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте законы отражения и преломления света.

2. Что называется абсолютным и относительным показателем преломления?

3. Что называется предельным углом преломления? Опишите явление полного внутреннего отражения.

4. Нарисовать ход лучей при преломлении на границе раздела различных сред

5. Опишите устройство рефрактометра.

6. С какой целью применяется рефрактометр в медико-биологических исследованиях?

7. Найдите показатель преломления среды, если луч, преломленный на границе раздела этой среды с воздухом перпендикулярен отраженному, а синус угла падения равен 0,8.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики, 3-е изд. – М:Наука, 1988, Т. 2, параграф 112.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 16

ИЗМЕРЕНИЕ МАЛЫХ ОБЪЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА

Цель работы: измерение с помощью биологического микроскопа размеров малых объектов (периода дифракционной решетки).

Приборы и принадлежности: микроскоп биологический, осветитель, объект-микрометр, окулярно-винтовой микрометр, дифракционные решетки разных периодов.

Теоретическое введение

Микроскоп является одним из важнейших лабораторных приборов в медицинских и биологических исследованиях. Микроскопы широко применяют для наблюдения и исследования таких объектов, которые невозможно различить невооруженным глазом.

Построение изображения предмета в микроскопе показано на рис. 1. Оптическая схема микроскопа состоит из двух систем линз: объектива и окуляра. Для простоты построения изображения на рис. 1 система линз объектива заменена одной собирающей линзой Л_1, а система линз окуляра – линзой Л₂. Предмет АВ помещается перед объективом немного дальше его фокуса. Объектив создает действительное увеличенное изображение предмета вблизи переднего фокуса окуляра, которое рассматривается глазом через окуляр.

Рис. 1

Возможны три случая взаимного расположения окуляра и изображения: 1) изображениенаходится немного ближе переднего фокуса окуляраF₂ . В этом случае окуляр создает увеличенное мнимое изображение A''B'', которое проецируется на расстояние наилучшего зрения (рис. 1); 2) изображение лежит в фокальной плоскости окуляра. В этом случае изображение, создаваемое окуляром, проецируется на бесконечность, и глаз наблюдателя работает без аккомодации; 3) изображениенаходится дальше переднего фокуса окуляра. В этом случае изображение, создаваемое окуляром, будет действительным, увеличенным. Такое расположение окуляра применяется для микропроекции и микрофотографии.

Увеличение микроскопа . (1)

где – F₁ фокусное расстояние объектива, F₂ – фокусное расстояние окуляра, – оптическая длина тубуса,S – расстояние наилучшего зрения.

Можно предположить, что подбирая соответствующим образом значения величин F₁ , F₂ и , получим микроскоп со сколь угодно большим увеличением. Однако на практике не используют микроскопы с увеличением свыше 1500 – 2000, так как возможность различения мелких деталей объекта в микроскопе ограничена. Это ограничение обусловлено влиянием дифракции света, происходящей в структуре рассматриваемого объекта. В связи с этим пользуются понятиями предела разрешения и разрешающей способности микроскопа.

Предел разрешения микроскопа . (2)

где –длина волны света, освещающего предмет;n – показатель преломления среды между объективом и предметом; U – апертурный угол объектива, равный половине угла между крайними лучами конического светового пучка, входящего в объектив микроскопа.

Величина A = n sinU является числовой апертурой.

Тогда предел разрешения микроскопа будет . (3)

Эта формула справедлива в случае освещения предмета сходящимся пучком лучей.

Учитывая наличие предела разрешения микроскопа и предела разрешения глаза, вводят понятие полезного увеличения микроскопа. Это такое увеличение микроскопа, при котором микроскоп создает увеличение предмета, имеющего размеры, равные пределу разрешения Z микроскопа, и размеры этого изображения равны пределу разрешения Z_гл невооруженного глаза на расстоянии наилучшего зрения:

. (4)

Нормальный глаз на расстоянии наилучшего зрения различает две точки предмета, если угловое расстояние между ними не менее , что соответствует расстоянию между этими точками порядка 70 мкм. В этом случае полезное увеличение будет минимальным:

Г_min = 70/Z.

Считают, что глаз меньше всего утомляется при рассматривании предметов, размеры которых в 2–4 раза больше предела разрешения глаза (на расстоянии наилучшего зрения). Поэтому обычно используют микроскопы с полезным увеличением в пределах от 2 Г_min до 4 Г_min . Если в формулу (4) подставить (3), то получим

Г = 2Z_глА/. (5)

При освещении объектива белым светом длину волны считают равной 0,555 мкм, так как глаз к ней наиболее чувствителен. Таким образом, полезное увеличение микроскопа обычно находится в интервале 500А  Г  1000А.

В медицинских и биологических исследованиях микроскопы часто используют для измерения размеров малых объектов. Для этой цели микроскоп снабжают специальным устройством – окулярно-винтовым микрометром, представляющим собой насадку, надевающуюся на верхний конец тубуса микроскопа вместо окуляра. Оптическая часть микрометра состоит из линзы-окуляра, неподвижно закрепленной стеклянной шкалы и подвижной стеклянной пластинки, на которую нанесены перекрестье и два вертикальных штриха над ним, параллельных делениям шкалы. Стеклянная пластинка с перекрестием перемещается вдоль шкалы микрометра с помощью микрометрического винта.

Окулярно-винтовой микрометр закрепляют на тубусе так, чтобы стеклянная шкала находилась в плоскости, в которой расположено действительное изображение предмета, создаваемое объективом микроскопа. При этом изображение шкалы при рассматривании в окуляр совмещается с изображением предмета. Перемещая с помощью винта подвижную пластинку, можно совместить перекрестие сначала с одним краем рассматриваемого предмета, а затем с другим. При этом можно определить, какому числу делений шкалы соответствует данное изображение.

Перемещение пластинки с перекрестием на одно деление шкалы микрометра соответствует одному полному обороту микрометрического винта. Барабан микрометрического винта разделен на 100 делений; следовательно, с помощью окулярно-винтового микрометра можно производить измерения предмета с точностью до 0,01 деления шкалы.

Для определения размеров предмета необходимо знать цену деления окулярно-винтового микрометра – это выраженная в миллиметрах длина отрезка, рассматриваемого в микроскоп, изображение которого занимает одно деление шкалы микрометра.

Для определения цены деления окулярно-винтового микрометра применяют объектный микрометр – шкалу с известной ценой деления. Объектный микрометр рассматривают в микроскоп как предмет и, совмещая в поле зрения объектную и окулярную шкалы, определяют цену деления окулярного микрометра.

Для этой цели можно также использовать любой предмет, размер которого известен. В частности, для градуировки окулярно-винтового микрометра применяют счетную камеру Горяева, используемую в медицинских измерениях для подсчета форменных элементов крови. Камера Горяева представляет собой стеклянную пластинку, на которую нанесена сетка, разбивающая поле зрения на квадраты с известной длиной стороны: сторона малого квадрата – 0,05 мм, большого – 0,2 мм.

Описание установки

Оптическая система микроскопа делится на две части: осветительную и наблюдательную. Осветительная часть состоит из осветителя (иногда заменяется подвижным зеркалом), конденсора, образующего на объекте сходящийся пучок света; съемного светофильтра и укрепленной на конденсоре ирисовой апертурной диафрагмы для регулировки освещенности объекта. Наблюдательная часть состоит из объектива, окуляра и призмы, которая служит для направления вертикальных лучей, прошедших объектив, в наклонный тубус. Объектив представляет собой систему линз, собранных в единой оправе. Передняя линза служит для увеличения, остальные же предназначены для исправления недостатков изображения, создаваемых передней линзой. Окуляр микроскопа обычно состоит из двух линз: верхней – глазной и нижней – собирающей, необходимой для того, чтобы все лучи, прошедшие через объектив, попали в глазную линзу окуляра. Биологический микроскоп имеет три объектива, дающих разное увеличение.

Порядок выполнения работы