Das Verbundmikroskop: Zwei Linsen für hohe Vergrößerung
1 · Vorhersagen
Ein zusammengesetztes Mikroskop verwendet ein Objektiv mit kurzer Brennweite nahe der Probe, gefolgt von einem Okular. Erzielt die Verwendung von zwei Objektiven hintereinander eine viel höhere Vergrößerung, als es mit jedem Objektiv allein möglich wäre?
- Ja – durch die Verkettung zweier mittlerer Vergrößerungen werden diese miteinander multipliziert, was zu einer viel höheren Gesamtvergrößerung führt als mit einem einzelnen Objektiv.
- Nein – die Verwendung von zwei Linsen erhöht die Vergrößerung nicht über die Grenze einer einzelnen Linse hinaus.
- Die Vergrößerung hängt nur vom Okular ab, nicht vom Objektiv.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Compound-Mikroskop-Preset und drücken Sie „Zurücksetzen“. Das Ziel hat f = 6 cm; Das Okular hat f = 8 cm, getrennt durch 22 cm.
- Aktivieren Sie die Bildentfernungs- und Systemvergrößerungsanzeigen des Objektivs.
- Stellen Sie für jeden Versuch den Abstand der Probe vom Objektiv ein und notieren Sie den Bildabstand des Objektivs sowie die Gesamtsystemvergrößerung.
3 · Daten sammeln
| Probenabstand vom Objektiv (cm) | Bildentfernung des Objektivs (cm) | Systemvergrößerung M |
|---|---|---|
| 10.00 | ||
| 12.00 | ||
| 14.00 |
Tragen Sie für Ihre drei Versuche die Systemvergrößerung M (y-Achse) gegen den Probenabstand (x-Achse) auf.
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch den Bildabstand d_i1 des Objektivs aus 1/f₁ = 1/d_o1 + 1/d_i1 (f₁ = 6 cm), dann den Objektabstand des Okulars d_o2 = 22 − d_i1 und dann seinen Bildabstand d_i2 aus 1/f₂ = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f₂ = 8 cm). Schließlich ist M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Vergleichen Sie M mit der Tabelle.
- Der Standardprobenabstand dieser Preset (12 cm) ergibt M = 4. Erklären Sie anhand der Kettenberechnung, wie eine bescheidene Objektivvergrößerung in Kombination mit einer bescheidenen Okularvergrößerung eine viel größere Gesamtzahl ergibt.
5 · Vertiefen
- Eine Probe, die knapp außerhalb der Brennweite des Objektivs platziert wird (wie in diesem Experiment), erzeugt eine große Vergrößerung der ersten Stufe. Erklären Sie, warum Mikroskopobjektive mit sehr kurzen Brennweiten (einige mm bei echten Instrumenten) konstruiert sind, um diesen Effekt zu maximieren.
- Verbundmikroskope können nicht unbegrenzt vergrößern – ab einem bestimmten Punkt vergrößert eine weitere Vergrößerung nur die Unschärfe, ohne neue Details zu offenbaren, begrenzt durch die Wellenlänge des Lichts selbst (Beugung). Warum löst das einfache Hinzufügen weiterer Linsenstufen dieses grundlegende Problem möglicherweise nicht?
Die Physik hinter diesem Experiment
Zweistufige Mikroskopvergrößerung
Die Gesamtvergrößerung eines zusammengesetzten Mikroskops ist das Produkt der Vergrößerung des Objektivs (Abbildung der Probe) und der Vergrößerung des Okulars (Neuabbildung dieses Zwischenbilds): M = m_Objektiv × m_Okular.