Как устроен микроскоп?

Микроскоп представляет собой комбинацию двух собирающих линз: объектива и окуляра, расположенных вдоль общей главной оптической оси. Объектив находится рядом с рассматриваемым объектом (например, бактерией), а окуляр – непосредственно у глаза.

Основные части оптичес­кой системы микроскопа – объектив 1 и окуляр 2 – размещаются на концах цилиндри­ческой трубки, укрепленной в штативе (рис. 16.2). Объект 3 помещается на предметном столике 4 и освещается снизу с помощью зеркала 5 и конденсора 6. Оправы объектива и окуляра устанавливаются в металлической трубке – тубусе 7. Наводка на резкое изображение осуществляется с помощью винта кремальеры 8 (грубая наводка) или микрометрического винта 9 (точная наводка). Окуляры и объективы микроскопа делаются сменными, благодаря чему можно быстро менять увеличение системы. Быстрая смена объективов с разным увеличением производится с помощью револьвера 10. Тубус и столик укреплены на массивном штативе 11.

Рис. 16.2

Принцип действия микроскопа следующий. Рассматриваемый предмет АВ высотой h помещают за передним фокусом объектива, но очень близко к фокусу. Это делается для того, чтобы объектив дал действительное увеличенное изображение предмета А¢В¢ (рис. 16.3).

Если известно фокусное расстояние F₁ объектива и расстояние d от предмета до объектива, то величину f₁ – расстояние от объектива до действительного изображения предмета линзы можно найти по формуле линзы:

,

а поперечное линейное увеличение предмета будет равно

.

Рис. 16.3

Запомним:

. (16.3)

Здесь и далее в этом параграфе для линейного увеличения будем использовать букву Г, а для углового увеличения – букву k.

Заметим, что величину Г₁ при желании можно сделать сколь угодно большой, устремляя d к F₁. Но чем больше Г₁, тем больше f₁, т.е. тем дальше будет изображение h₁ от объектива. Однако тут увлекаться не следует: нам необходимо, чтобы действительное изображение h₁ получилось перед окуляром. Поэтому слишком большое Г₁ означает слишком длинный микроскоп.

Окуляр действует фактически как лупа: только через эту лупу мы рассматриваем не сам предмет, а его действительное изображение, увеличенное в Г₁ раз.

Изображение А¢В¢ мы «помещаем» за фокусной плоскостью окуляра так, как если бы мы поместили перед лупой рассматриваемый предмет (рис. 16.4).

Рис. 16.4

Окуляр дает мнимое изображение предмета А²В² высотой h₂. Как вычислять угловое увеличение лупы, мы уже знаем:

- если изображение А¢В¢ расположено в фокальной плоскости окуляра, а изображение А²В² на бесконечности:

; (16.4)

- если изображение А²В² находится на расстоянии наилучшего зрения d₀ от окуляра:

. (16.5)

В дальнейшем (если не оговорено особо) будем считать, что изображение А¢В¢ всегда находится в фокальной плоскости окуляра и угловое увеличение окуляра равно k₀.

Теперь вычислим угловое увеличение микроскопа.

1. Без микроскопа мы наблюдали бы наш предмет с расстояния наилучшего зрения под углом (рис. 16.6, а). 2. Действительное изображение А¢В¢, которое дает объектив, имеет линейный размер h1 = Г1h. 3. Через окуляр мы, как через лупу, рассматриваем действительное изображение А¢В¢ размером h1 = Г1h. Без окуляра с расстояния наилучшего зрения мы наблюдали это изображение под углом (рис. 16.6, б).

а) б) в) j2 = k0×j1 = k0Г1j     Рис. 16.6

Но за счет окуляра мы увеличиваем угловой размер в k₀ раз. Поэтому через окуляр мы наблюдаем изображение А¢В¢ под углом (рис. 16.6, в):

.

Следовательно, угловое увеличение микроскопа равно

.

С учетом формул (16.3) и (16.4) можно записать:

. (16.5)

Величина k называется стандартным угловым увеличением микроскопа.

Нетрудно заметить, что если изображение А¢В¢ будет находиться на расстоянии наилучшего зрения от окуляра, то угловое увеличение микроскопа будет равно

. (16.6)

Величина k¢ – это максимальное угловое увеличение микроскопа.

Общий ход лучей в микроскопе показан на рис. 16.7.

Рис. 16.7

Читатель: Допустим, рассматривая в микроскоп какой-то объект (ту же бактерию, например), я увидел ее размером в 1 мм. Что означает эта величина?

Автор: Это значит, что угловой размер бактерии для Вас оказался точно таким же, как угловой размер предмета размером в 1 мм, наблюдаемого невооруженным глазом с расстояния наилучшего зрения d₀ = 25 см.

СТОП! Решите самостоятельно: А1, А2, В1, С1.