Порядок выполнения задания 4.1

Навести трубу на стенной масштаб, находящийся от трубы на расстоянии нескольких метров, и cфокусировать ее на линейку с делениями. Отсчитывать число N делений, видимых в трубу. Одновременно вторым, невооруженным глазом смотрят мимо трубы на стенной масштаб. Добиваться того, чтобы изображение в трубе налагалось на видимый невооруженным глазом масштаб, и отметить границы поля зрения трубы (рис. 4.6).

Стенной масштаб Поле зрения трубы

Рис. 4.6. Определение увеличения трубы

Всю эту операцию удобней делать вдвоем – один смотрит в трубу, другой стоит возле масштаба, отмечает границы поля зрения трубы (верхнюю и нижнюю) и считает число делений стенного масштаба n, совпадающих с делениями N его изображения, видимыми в трубу. Увеличение трубы находят по формуле

(4.5)

и вычисляют погрешности. Таким способом можно производить определения увеличения только при малых увеличениях. Этот метод неточен, потому что условия опыта не соответствуют условиям применения трубы: зрительная труба применяется для наблюдения достаточно удаленных объектов

Результаты измерений и вычислений заносят в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Контрольные вопросы к заданию 4.1

1. Для каких целей служит зрительная труба?

2. Как устроена зрительная труба?

3. Что называется увеличением оптической трубы?

4. Что называется полем зрения трубы?

5. Как определяется увеличение и поле зрения оптической трубы при помощи линейки?

6. Чем отличается зрительная труба Кеплера от трубы Галилея?

Задание 4.2. Определение увеличения микроскопа при помощи рисовального аппарата

Приборы и принадлежности: микроскоп; объект-микрометр; рисовальный прибор; горизонтальный миллиметровый масштаб (миллиметровая бумага на подставке); линейка масштабная.

Цель задания: экспериментальное определение увеличения микроскопа при помощи рисовального аппарата.

Краткая теория

Лучи от какого-либо источника света (окна или лампы) падают на зеркало 3 (рис. 4.7) и, отражаясь от него, направляются через отверстие диафрагмы Д в конденсор К.

Рис. 4.7. Схема простого микроскопа

Выйдя из последнего, они сильно сходящимся пучком попадают на предмет АВ, помещенный на плоскопараллельной пластинке несколько дальше главного фокуса объектива и одновременно в фокусе конденсора. Дальше лучи света попадают на объектив. Пройдя его, лучи слабо сходящимся пучком идут до окуляра и должны дать в плоскости L₁, сопряжённой с полоскостью объекта, увеличенное, обратное, действительное изображение A₁B₁. Но на пути их находится собирательная линза окуляра, преломляясь в которой, лучи сходятся несколько ближе к объективу в плоскости L₂ и дают изображение A₂B₂. В этой плоскости, положение которой определяется для данного микроскопа длиной тубуса, помещается диафрагма, ограничивающая поле зрения, т.е. являющаяся диафрагмой поля зрения. Положение её в большинстве микроскопов соответствует длине тубуса, равной 160 мм. Так как плоскость L₂ лежит ближе к центру глазной линзы окуляра, чем её главное фокусное расстояние, то действие этой линзы сводится к действию простой лупы, заставляющей лучи света, идущие от изображения A₂B₂, еще более расходиться и создавать мнимое, обратное по отношению к объекту и ещё более увеличенное изображение A₃B₃, лежащее в плоскости L₃, положение которой зависит от установки тубуса микроскопа. Ход лучей в окуляре изображен на рис. 4.8.

.

Рис. 4.8. Ход лучей в окуляре Гюйгенса

Обычно плоскость L₃ устанавливается наблюдателем при наводке на резкость на расстоянии наилучшего зрения его глаза. Через микроскоп видят значительно увеличенное изображение по отношению к самому предмету. Фокусировка микроскопа, т.е. установка его на резкость изображения предмета, производится перемещением тубуса микроскопа относительно предмета с помощью кремальеры (винта).

Увеличение микроскопа слагается из увеличения объектива и окуляра. Если объектив рассматривать как проекционный прибор, то величина изображения A₁B₁ представляется формулой

, (4.6)

где F₁ – главное фокусное расстояние объектива; D – расстояние от центра объектива до изображения.

Действие обеих линз окуляра можно заменить действием эквивалентной линзы с фокусным расстоянием F₂ (лупой). В этом случае ход лучей в микроскопе можно изобразить упрощенно (рис 4.9).

Рис. 4.9. Ход лучей в простом микроскопе

Для лупы справедливо соотношение

, (4.7)

где L₀ – расстояние наилучшего зрения глаза наблюдателя.

Согласно формуле (4.1) имеем:

.

Тогда поперечное (линейное) увеличение микроскопа будет

. (4.8)

Так как изображение A₁B₁ должно лежать весьма близко к главному фокусу окуляра, а фокусное расстояние объектива весьма мало, то с достаточной точностью можно считать D равным расстоянию между верхним фокусом объектива и нижним фокусом окуляра, которое называется оптической длиной микроскопа. Субъективное увеличение микроскопа определяется формулой

,

где a и a₀ – углы зрения изображения A₂B₂ и предмета AB.

Из рис. 4.10 ясно, что

;

,

где l – расстояние от объекта до плоскости П, в которой помещается глаз наблюдателя; L₀ – расстояние наилучшего зрения.

Рис. 4.10. Определение увеличения микроскопа

Следовательно,

(4.9)

Используя формулу (3), находим субъективное увеличение

(4.10)