Optyka

Mikroskop (powiększenie kątowe)

Obiektyw o krótkiej ogniskowej i okular mnożą się do dużego powiększenia kątowego dla malutkich bliskich obiektów.

Mikroskop (powiększenie kątowe) — interaktywna symulacja: Optyka. Obiektyw o krótkiej ogniskowej i okular mnożą się do dużego powiększenia kątowego dla malutkich bliskich obiektów. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Optyka mikroskopu złożonego

Obiektyw o krótkiej ogniskowej i okular mnożą się do dużego powiększenia kątowego dla malutkich bliskich obiektów.

Obiektyw tworzy powiększony rzeczywisty obraz tuż wewnątrz ogniska okularu; okular działa wtedy jak lupa na tym obrazie. Całkowite powiększenie kątowe to w przybliżeniu iloczyn powiększenia poprzecznego obiektywu i zdolności powiększającej okularu — typowo setki razy w pracy biologicznej.

• M = M_obj × M_eye
• Układ dwóch soczewek

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Obiektyw i okular mikroskopu złożonego mają stałe ogniskowe, ale pozycję okularu — długość tubusu — nadal można regulować. Czy zmiana długości tubusu zmienia całkowite (układowe) powiększenie mikroskopu, mimo że ogniskowa żadnej soczewki się nie zmienia?

Prognozy do rozważenia

• Nie — długość tubusu nie wpływa na powiększenie całkowite, tylko ogniskowe soczewek.
• Liczy się tylko ogniskowa okularu, nie to, jak daleko znajduje się od obiektywu.
• Tak — zwiększenie długości tubusu przybliża okular do jego własnego ogniska (względem rzeczywistego obrazu tworzonego przez obiektyw), co zwiększa własne powiększenie okularu i mnoży się w większe całkowite powiększenie układu.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Długość tubusu L (cm)

Co mierzysz:

• Powiększenie układu M

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset microscope i naciśnij Reset. Obiektyw (f_o = 8 cm, przy stałej odległości próbki) tworzy obraz rzeczywisty; okular ma f_e = 25 cm.
2. Włącz odczyt powiększenia układu (całkowite M łańcucha obrazów dwóch soczewek).
3. Ustaw długość tubusu (rozstaw obiektyw–okular) dla każdej próby i zapisz wynikowe powiększenie układu.

Równanie rządzące

Powiększenie układu mikroskopu złożonego — M = m₁·m₂·…

Całkowite powiększenie mikroskopu złożonego to iloczyn własnych powiększeń obrazu obiektywu i okularu, M = m_o × m_e — każde wyznaczone z równania cienkiej soczewki przy użyciu rzeczywistego łańcucha obrazów obu soczewek, a nie z wyidealizowanego wzoru powiększenia kątowego.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby najpierw znajdź odległość obrazu obiektywu d_i1 z 1/f_o = 1/d_o1 + 1/d_i1 (d_o1 = 9,6 cm; f_o = 8 cm — pozostaje taka sama przy każdej długości tubusu). Następnie znajdź odległość przedmiotu okularu d_o2 = L − d_i1, i jego odległość obrazu d_i2 z 1/f_e = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f_e = 25 cm). Na koniec M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Porównaj M z tabelą.
• Wyjaśnij, dlaczego własne powiększenie obiektywu pozostaje stałe we wszystkich trzech próbach, podczas gdy powiększenie okularu — a więc i całkowite powiększenie układu — zmienia się wraz z długością tubusu.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Porównaj powiększenie układu tego eksperymentu z M = N/f eksperymentu simple-magnifier. Wyjaśnij, dlaczego połączenie dwóch rzeczywistych obrazów soczewek w łańcuch może pomnożyć powiększenie daleko poza to, co mogłaby dać sama jedna soczewka.
• Prawdziwe mikroskopy historycznie standaryzowały konkretne długości tubusów (jak 160 mm), by obiektywy i okulary różnych producentów można było przewidywalnie łączyć. Wyjaśnij, dlaczego standaryzacja długości tubusu — nie tylko ogniskowej każdej soczewki — ma znaczenie dla wymiennych części mikroskopu.

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

1. Witamy w mikroskopie
2. Zaznacz obiektyw
3. Naciśnij Play
4. Dwustopniowe powiększenie
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Równanie cienkiej soczewki