ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ТЕЛ МИКРОСКОПОМ

Микроскоп представляет собой оптическую систему, состоящую из линз: короткофокусной (собирающей линзы) – объектива О₁ с фокусным расстоянием f_об и длиннофокусной (собирающей линзы) – окуляра О₂ с фокусным расстоянием f_ок (рис.1)

Рис.1

Предмет АВ помещается на предметный столик микроскопа на расстоянии, немного большем f_об . Объектив дает действительное, увеличенное и перевернутое изображение А^/ В^/, которое оказывается между окуляром и f_ок. Оно рассматривается в окуляр как в лупу. В результате получается мнимое, увеличенное и перевернутое (относительно предмета) изображение А^// В^//, находящееся от окуляра на расстоянии L. Это расстояние ясного зрения (для нормального глаза L=25 см).

Изображение А^/ В^/ в микроскопе находится очень близко к главному фокусу окуляра, а фокусное расстояние объектива очень мало. Ввиду этого с достаточной точностью можно считать l равным расстоянию между верхним фокусом объектива и нижним фокусом окуляра. Это расстояние называется оптической длиной тубуса микроскопа (обычно l = 16 см).

Увеличение микроскопа слагается из увеличения объектива и окуляра. Учитывая формулу линейного увеличения линзы, получим приближенные выражения объектива Υ_об и окуляра Y_ок :

; Y_ок=

Линейное увеличение микроскопа равно:

N = Y_об*Y_ок =

Объективы обычных микроскопов имеют увеличение от 8^х до 90^х , а окуляры от 7^х до 15^х . Поэтому общее увеличение микроскопов лежит в пределах от 56^х до1350^х. Можно изготовить микроскопы, увеличивающие предмет в несколько тысяч раз. Однако полезное увеличение микроскопа определяется разрешающей способностью микроскопа.

Наименьшее расстояние, при котором две точки предмета еще можно видеть раздельно, называют разрешаемым расстоянием.

Разрешающую способность оптического прибора принято измерять величиной, обратной разрешаемому расстоянию.

Разрешаемое расстояние микроскопа выражается формулой:

где n – показатель преломления среды, находящейся между предметом и объективом.

- длина волны света,

u – апертурный угол.

Произведение n*sin называется ч и с л о в о й апертурой, которая для микроскопа имеет порядок единицы. Если предмет помещен в иммерсионную жидкость (глицерин с n = 1,47; кедровое масло с n = 1,52) числовая апертура может быть увеличена и станет больше единицы.

I. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Микроскоп – оптический прибор, служащий для получения увеличенных изображений.

Микроскоп состоит из двух частей: механической и оптической. Механическая часть (рис.2) состоит из основания А, колонки тубусодержателя В, тубуса Т, кремальеры с ведущим барашковым колесиком Д. тубус перемещается вдоль оси микроскопа при помощи зубчатой рейки колесиком Д. и микрометрическим винтом М, обеспечивающий грубую и точную подачу тубуса для наводки на резкость изображения. Для удобства наблюдений тубусодержатель может поворачиваться до горизонтального положения вокруг оси О. На предметном столике П с помощью зажима З закрепляются исследуемые объекты (препараты). В центре предметного столика имеется круглое отверстие. Часто на предметном столике укрепляют препаратоводитель.

Рис.2.

Барабан микроскопического винта М имеет 50 делений. При повороте на одно деление тубус перемещается на 0,002 мм, что и указано на барабане. Шаг винта Л = 0,002*50 = 0,1 мм.

Оптическая часть состоит из объектива О_об , окуляра О_ок и зеркала S.

Предметы, изучаемые под микроскопом, обычно прозрачные и освещаются пропускаемым через них светом. Свет направляется с помощью плоского зеркала, дающего рассеянный свет, или вогнутого, концентрирующего на объективе большое количество света.

Винтовой окулярный микрометр МОВ 1-15^х состоит (рис.3) из кожуха 3, основания 4 с хомутом, который надевается на тубус микроскопа вместо окуляра и закрепляется винтом 5; из окуляра 6 с диоптрийным механизмом и отсчетного приспособления, состоящего из микрометрического винта, который перемещается с помощью отсчетного барабана 1.

Рис.3.

В фокальной плоскости винтового окулярного микрометра расположены неподвижная шкала с делениями от 0 до 8 мм и подвижные перекрестия и индекс ( в виде биштриха) – см. рис. 4.

Неподвижная шкала нанесена на пластинке, а подвижные - перекрестие и индекс – на другой пластинке. При вращении микрометрического винта 1 (рис.3), перекрестие и биштрих перемещаются в поле зрения окуляра относительно неподвижной шкалы. Полный оборот винта (шаг винта) равен 1 мм: при повороте винта 1 за накатанную часть барабана на один оборот биштрих и перекрестие в поле зрения окуляра переместятся на одно деление шкалы (неподвижной). Следовательно, неподвижная шкала в поле зрения служит для отсчета полных оборотов барабана винта, т.е. целых миллиметров.

Барабан по окружности разделен на 100 частей, следовательно одно деление барабана равно 0,01 мм и шкала барабана служит для отсчета сотых долей миллиметра.

Полный отсчет по шкале окулярного микрометра складывается из отсчета по неподвижной шкале (целые миллиметра) и отсчета по барабану винта (сотые доли миллиметра). Отсчет по неподвижной шкале снимается с помощью биштриха, считая от нулевого деления шкалы. За целые миллиметры принимается то деление шкалы, на котором расположен биштрих или то деление, которое находится слева от биштриха – если биштрих расположен между делениями.

Отсчет по барабану микрометрического винта производится так же, как и на обычном микрометре: то есть снимается то деление шкалы барабана, которое находится точно против индекса 2 (индекс нанесен на неподвижном цилиндре микрометра).

ПРИМЕР:

Биштрих в поле зрения расположен между делениями «3» и «4» неподвижной шкалы, а по барабану против индекса находится деление 45.

Т.к. биштрих не дошел до деления «4», то отсчет целых миллиметров будет равен 3 мм. А т.к. цена деления барабана равна 0,01 мм, то отсчет по барабану будет 0,01 * 45 = 0,45 мм, следовательно, полный отсчет равен 3 мм + 0,45 = 3,45 мм.

II. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ПРИМЕЧАНИЕ: Наденьте винтовой окулярный микрометр на тубус микроскопа до упора, разверните для получения требуемого рабочего положения перекрестия и закрепите винтом 5 (рис.3).

ЗАДАНИЕ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ ОБЪЕКТИВА

Для определения линейного увеличения объектива микроскопа с помощью окулярного микрометра в качестве объекта применяется объект-микрометр.

Объект-микрометр представляет собой металлическую пластинку, в круглое окошечко которой вставлена стеклянная пластинка с короткой шкалой. Цена деления шкалы 0,01 мм.

1. Установите на столик микроскопа с помощью препаратоводителя объект-микрометр.

2. Установите на резкость изображения перекрестия и шкалы окулярного микрометра с помощью окуляра 6, вращая его за накатанную часть (рис. ).

3. Перемещая тубус микроскопа с помощью кремальерного винта вверх или вниз, сфокусировать на резкость так, чтобы появилось четкое изображение шкалы объект-микрометра (рис.5)

4. Перемещая объект-микрометр по столику микроскопа с помощью препаратоводителя, установите его так, чтобы вся шкала была видна в поле зрения окуляра. Затем, повернув осторожно окулярный винтовой микрометр, предварительно ослабив винт 5 (рис.3), установите обе шкалы параллельно (рис. ).

5. Вращение барабана по часовой стрелке подведите центр перекрестия на изображение какого-либо штриха шкалы объект-микрометра и произведите отсчет n₁ по шкалам окулярного микрометра.

6. Наблюдая в окуляр, вращением барабана переместите перекрестие на несколько делений шкалы объект-микрометра (при этом посчитав число делений – Z), сделайте второй отсчет n₂ .

7. Опыт повторите 3 раза с разным значением числа делений (Z=5, 10, 15, 20) шкалы объект-микрометра.

8. Вычислите увеличение объектива по формуле:

где n₂ – n₁ – разность двух отсчетов по шкалам окулярного микрометра,

Z – число делений объективного микрометра, взятых между отсчетами n₂ – n₁ ,

а - цена деления шкалы объект-микрометра, равная 0,01 мм.

9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 1.

Таблица 1.

Определение увеличения микроскопа

№№ пп	Число делен. шкалы об.мик.   Z	Отсчет по шкале окуляр. микрометра, мм	Увелич. объектива   Yоб	Абсолютная погрешность Yоб	Относительная погрешность E= 100%	Истинное значение увеличения объектива Yист.
n1	n2
1. 2. 3.
Сред

ЗАДАНИЕ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ТЕЛ

1. Установите на столик микроскопа исследуемый объект (препарат с волосом).

2. Сфокусируйте тубус микроскопа так, чтобы появилось четкое изображение волоса (предмета), затем установите это изображение параллельно линиям биштриха.

3. Наблюдая в окуляр, вращением барабана подведите центр перекрестия до совмещения с левым краем изображения предмета и по шкалам микрометра снимите отсчет m₁ .

4. Подведите перекрестие до совмещения с правым краем объекта (предмета) и снимите отсчет m₂ .

5. Опыт повторите три раза, снимая отсчеты в различных точках по длине волоса, для чего передвиньте его с помощью препаратоводителя.

6. Результаты измерений запишите в табл. 2.

7. Вычислите размер волоса для каждой пары замеров (отсчетов) по формуле:

где m₂ – m₁ – разность отсчетов по окулярному микрометру (при измерении толщины волоса),

Y_об – среднее увеличение объектива.

8. Сделайте выводы.

Таблица 2

Определение размера тела

№№ пп	Отсчет по шкале окулярного микрометра, мм	Размер тела d	Абсолют. Погрешность   , мкм	Относит. Погрешность	Истинное значение размера тела, мм   dист =d±
m1	m2	мм	мкм
1. 2. 3.
сред