Контрольные вопросы

1. Какие линзы называются тонкими? Что называют оптической осью, главной оптической осью, фокусом, фокальной плоскостью, фокусным расстоянием и оптической силой линзы? В каких единицах измеряют оптическую силу линз?

2. При каких условиях справедлива формула (1)?

3. В чем состоит «правило знаков», применяемое при математических операциях с формулой тонкой линзы?

4. От чего зависит фокусное расстояние линзы? Как изменится фокусное расстояние стеклянной линзы, если ее из воздуха перенести в воду?

5. Может ли двояковыпуклая линза иметь отрицательную оптическую силу?

6. Приведите пример построения изображения при использовании рассеивающей линзы. Чем отличается действительное изображение от мнимого?

7. Что понимается под аберрациями линз? Какова природа сферической и хроматической аберраций? В чем состоит простейший способ снижения сферической аберрации?

Лабораторная работа № 3 Изучение микроскопа

Цель работы: ознакомление с устройством и действием микроскопа, определение цены деления окулярной шкалы и линейных размеров малого объекта.

Приборы и принадлежности: микроскоп, дифракционная решетка, оптическая скамья, две собирающие линзы, стеклянная пластинка с прямоугольной сеткой, осветитель, экран.

Литература: [2] § 47; [3], § 12, 14; [4], § 7, 9; [5], § 165.

В в е д е н и е

Микроскопы широко применяются в промышленности, науке, медицине. Основное назначение их – давать увеличенное (от 25^х до 2500^х) изображение мелких объектов. Оптическая система микроскопа состоит из трех основных частей более или менее сложной конструкции: объектива (обращенного к объекту), окуляра (обращенного к глазу) и осветительной системы, состоящей из плоского или сферического зеркала, а в сложном микроскопе – из сложного многолинзового конденсора.

Построение изображения в микроскопе показано на рис. 1, причем объектив и окуляр заменены на рисунке простыми линзами. Предмет АВ устанавливают немного дальше первого фокуса объектива. Объектив дает увеличенное, перевернутое изображение А′В′, которое располагается вблизи фокальной плоскости окуляра и рассматривается через окуляр как через лупу. Изображение А″В″, полученное с помощью окуляра, является мнимым, перевернутым, увеличенным (по отношению к предмету) и находится от глаза на расстоянии наилучшего зрения L ≈ 25 см. Общее увеличение микроскопа

,

т.е. равно произведению увеличений окуляра и объектива.

Иногда для оценок увеличения микроскопа пользуются формулой

,

где f_об и f_ок – фокусные расстояния для объектива и окуляра, L – расстояние наилучшего зрения, ∆ – расстояние между вторым фокусом объектива и первым фокусом окуляра (сумма f_об + f_ок + ∆ равна расстоянию между линзами на рис. 1).

Рис. 1

Необходимо отметить, что микроскоп может давать не только мнимое, но и действительное изображение. Для этого достаточно несколько отодвинуть окуляр от объектива так, чтобы изображение А′В′ оказалось перед передним фокусом окуляра. Такая схема работы микроскопа используется в микропроекции и микрофотографии.

Механическая часть микроскопа включает массивное основание, колонку, с которой с помощью салазок связан тубус, предметный столик. Тубус представляет собой цилиндрическую трубу определенной или изменяемой длины (в последнем случае, изменяя расстояние между объективом и окуляром, можно по желанию изменять в некоторых пределах увеличение микроскопа). Перемещение тубуса с целью наведения на резкость осуществляется с помощью винта кремальеры. Точная фокусировка достигается вращением микрометрического винта. По шкале микрометрического винта можно, при необходимости, определить величину перемещения тубуса относительно объекта. Нижнее отверстие тубуса имеет нарезку для привертывания объектива или револьвера – особого держателя, несущего на себе от двух до четырех объективов и позволяющего быстро менять их.

Объектив – важнейшая часть микроскопа – представляет собой систему линз, собранную в единой оправе. Передняя, так называемая фронтальная линза является главнейшей и единственной производящей увеличение, остальные же служат лишь для исправления недостатков изображения. Хороший объектив состоит из многих линз (иногда свыше 10).

Окуляр представляет собой сложную лупу, состоящую обычно из двух линз: верхней глазной и нижней, отстоящих друг от друга на расстоянии, равном полусумме их фокусных расстояний. Обе линзы заключены в короткую цилиндрическую трубку, которая вставляется в верхнее отверстие тубуса.

Наличие действительного промежуточного изображения, даваемого объективом микроскопа, делает возможным точные измерения размеров объекта наблюдения. Для этого вблизи фокальной плоскости окуляра помещают шкалу, нанесенную на прозрачную пластинку.

Важнейшей характеристикой микроскопа является его разрешающая способность, т.е. способность давать раздельные изображения двух близких точек предмета. Разрешающую способность микроскопа ограничивает явление дифракции света.