Optiikka

Yhdistelmämikroskooppi (kulma-)

Lyhytpolttovälinen objektiivi ja okulaari kertautuvat suureksi kulmasuurennukseksi pienille lähellä oleville objekteille.

Yhdistelmämikroskooppi (kulma-) – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Lyhytpolttovälinen objektiivi ja okulaari kertautuvat suureksi kulmasuurennukseksi pienille lähellä oleville objekteille. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Yhdistelmämikroskoopin optiikka

Lyhytpolttovälinen objektiivi ja okulaari kertautuvat suureksi kulmasuurennukseksi pienille lähellä oleville objekteille.

Objektiivi luo suurennetun todellisen kuvan juuri okulaarin polttopisteen sisäpuolelle; okulaari toimii sitten suurennuslasina sille kuvalle. Kokonaiskulmasuurennus on likimain objektiivin poikittaisen suurennuksen ja okulaarin suurennustehon tulo – tyypillisesti satoja kertoja biologiseen työhön.

• M = M_obj × M_eye
• Kahden linnssin järjestelmä

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Yhdistelmämikroskoopin objektiivilla ja okulaarilla on kiinteät polttovälit, mutta okulaarin sijaintia — putken pituutta — voi silti säätää. Muuttaako putken pituuden muuttaminen mikroskoopin kokonais- (järjestelmä-)suurennusta, vaikka kummankaan linssin polttoväli ei muutu?

Punniteltavat ennusteet

• Ei – putken pituus ei vaikuta kokonaissuurennukseen, vain yksittäisten linssien polttovälit vaikuttavat.
• Vain okulaarin polttoväli merkitsee, ei se, kuinka kaukana se on objektiivista.
• Kyllä – putken pituuden kasvattaminen siirtää okulaarin lähemmäs sen omaa polttopistettä (suhteessa objektiivin muodostamaan todelliseen kuvaan), mikä kasvattaa okulaarin omaa suurennusta ja kertautuu suuremmaksi kokonaisjärjestelmän suurennukseksi.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Putken pituus L (cm)

Mitä mittaat:

• Järjestelmäsuurennus M

Miten tutkimus etenee

1. Avaa mikroskooppi-esiasetus ja paina Nollaa. Objektiivi (f_o = 8 cm, kiinteällä näyte-etäisyydellä) muodostaa todellisen kuvan; okulaarilla on f_e = 25 cm.
2. Ota käyttöön järjestelmäsuurennuksen lukema (kahden linssin kuvaketjun kokonais-M).
3. Aseta putken pituus (objektiivin ja okulaarin välinen etäisyys) jokaiselle suoritukselle ja kirjaa syntyvä järjestelmäsuurennus.

Hallitseva yhtälö

Yhdistelmämikroskoopin järjestelmäsuurennus — M = m₁·m₂·…

Yhdistelmämikroskoopin kokonaissuurennus on objektiivin ja okulaarin omien kuvansuurennusten tulo, M = m_o × m_e – kumpikin saatu ohuen linssin yhtälöstä käyttäen kahden linssin todellista kuvaketjua, ei ihanteellisesta kulmasuurennuskaavasta.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske ensin objektiivin kuvaetäisyys d_i1 kaavasta 1/f_o = 1/d_o1 + 1/d_i1 (d_o1 = 9,6 cm, f_o = 8 cm — pysyy samana jokaisella putken pituudella). Laske sitten okulaarin esine-etäisyys d_o2 = L − d_i1, ja sen kuvaetäisyys d_i2 kaavasta 1/f_e = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f_e = 25 cm). Lopuksi M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Vertaa M:ää taulukkoon.
• Selitä, miksi objektiivin oma suurennus pysyy vakiona kaikissa kolmessa suorituksessa, kun taas okulaarin suurennus — ja siten kokonaisjärjestelmän suurennus — muuttuu putken pituuden mukana.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Vertaa tämän kokeen järjestelmäsuurennusta yksinkertaisen suurennuslasin kokeen kaavaan M = N/f. Selitä, miksi kahden todellisen linssikuvan ketjuttaminen voi kertoa suurennuksen paljon suuremmaksi kuin kumpikaan linssi yksinään pystyisi tuottamaan.
• Todelliset mikroskoopit standardoivat historiallisesti tiettyihin putken pituuksiin (kuten 160 mm), jotta eri valmistajien objektiiveja ja okulaareja voisi sekoittaa ja yhdistää ennustettavasti. Selitä, miksi putken pituuden standardointi – ei vain kunkin linssin polttoväli – merkitsee vaihdettaville mikroskoopin osille.

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Tervetuloa mikroskooppiin
2. Valitse objektiivilinssi
3. Paina Toista
4. Kaksivaiheinen suurennus
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Ohuen linnssin yhtälö