Mikroskop złożony: dwie soczewki do dużego powiększenia
1 · Prognoza
Mikroskop złożony używa krótkoogniskowego obiektywu blisko preparatu, a potem okularu. Czy użycie dwóch soczewek po kolei daje dużo większe powiększenie niż każda z osobna?
- Tak — łańcuch dwóch umiarkowanych powiększeń mnoży je, dając dużo wyższe powiększenie całkowite niż pojedyncza soczewka.
- Nie — dwie soczewki nie zwiększają powiększenia ponad limit pojedynczej.
- Powiększenie zależy tylko od okularu, nie od obiektywu.
2 · Przygotowanie
- Otwórz preset compound-microscope i naciśnij Reset. Obiektyw ma f = 6 cm; okular ma f = 8 cm, w odstępie 22 cm.
- Włącz odczyty odległości obrazu obiektywu i powiększenia układu.
- Ustaw odległość preparatu od obiektywu dla każdej próby i zapisz odległość obrazu obiektywu i powiększenie całkowite układu.
3 · Zbieranie danych
| Odległość preparatu od obiektywu (cm) | Odległość obrazu obiektywu (cm) | Powiększenie układu M |
|---|---|---|
| 10.00 | ||
| 12.00 | ||
| 14.00 |
Narysuj powiększenie układu M (oś y) względem odległości preparatu (oś x) dla trzech prób.
4 · Analiza
- Dla jednej próby oblicz odległość obrazu obiektywu d_i1 z 1/f₁ = 1/d_o1 + 1/d_i1 (f₁ = 6 cm), potem odległość przedmiotu okularu d_o2 = 22 − d_i1, a potem jego odległość obrazu d_i2 z 1/f₂ = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f₂ = 8 cm). Na koniec M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Porównaj M z tabelą.
- Domyślna odległość próbki (12 cm) daje M = 4. Wyjaśnij, korzystając z obliczeń łańcuchowych, jak skromne powiększenie obiektywu połączone ze skromnym powiększeniem okularu składa się w znacznie większą liczbę końcową.
5 · Rozszerzenie
- Preparat umieszczony tuż poza ogniskową obiektywu (jak w tym eksperymencie) daje duże powiększenie pierwszego stopnia. Wyjaśnij, dlaczego obiektywy mikroskopowe projektuje się z bardzo krótkimi ogniskowymi (kilka mm w prawdziwych przyrządach), by zmaksymalizować ten efekt.
- Mikroskopy złożone nie mogą powiększać w nieskończoność — po pewnym punkcie dalsze powiększanie tylko rozdmuchuje rozmycie bez ujawniania nowych detali, ograniczone samą długością fali światła (dyfrakcja). Dlaczego samo dodanie większej liczby stopni soczewek nie rozwiązuje tej fundamentalnej granicy?
Fizyka tego eksperymentu
Dwustopniowe powiększenie mikroskopu
Całkowite powiększenie mikroskopu złożonego to iloczyn powiększenia obiektywu (obrazującego próbkę) i powiększenia okularu (ponownie obrazującego ten obraz pośredni): M = m_objective × m_eyepiece.