Оптика

Микроскоп (угловое увеличение)

Короткофокусный объектив и окуляр перемножаются в большое угловое увеличение для крошечных близких предметов.

Микроскоп (угловое увеличение) — интерактивная симуляция (Оптика). Короткофокусный объектив и окуляр перемножаются в большое угловое увеличение для крошечных близких предметов. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Оптика микроскопа

Короткофокусный объектив и окуляр перемножаются в большое угловое увеличение для крошечных близких предметов.

Объектив создаёт увеличенное действительное изображение чуть внутри фокуса окуляра; окуляр затем работает как лупа над этим изображением. Полное угловое увеличение приближённо равно произведению поперечного увеличения объектива и увеличивающей силы окуляра — обычно сотни раз для биологической работы.

• M = M_obj × M_eye
• Двухлинзовая система

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Объектив и окуляр составного микроскопа имеют фиксированные фокусные расстояния, но положение окуляра — длину тубуса — всё ещё можно регулировать. Меняет ли изменение длины тубуса общее (системное) увеличение микроскопа, даже если фокусное расстояние ни одной из линз не меняется?

«Прогнозы для сравнения»

• Нет — длина тубуса не влияет на общее увеличение, только отдельные фокусы линз.
• Важно только фокусное расстояние окуляра, а не то, насколько далеко он находится от объектива.
• Да — увеличение длины тубуса приближает окуляр к его собственному фокусу (относительно реального изображения, создаваемого объективом), что увеличивает собственное увеличение окуляра и перемножается в большее общее увеличение системы.

Роли переменных

Что вы задали:

• Длина тубуса L (cm)

Что вы измеряете:

• Системное увеличение M

Как идёт исследование

1. Откройте пресет microscope и нажмите «Сброс». Объектив (f_o = 8 см, на фиксированном расстоянии до образца) создаёт реальное изображение; у окуляра f_e = 25 см.
2. Включите показание системного увеличения (общее M цепочки изображений двух линз).
3. Задайте длину тубуса (расстояние объектив-окуляр) для каждой пробы и запишите итоговое системное увеличение.

Определяющее уравнение

Системное увеличение составного микроскопа — M = m₁·m₂·…

Общее увеличение составного микроскопа — это произведение собственных увеличений изображения объектива и окуляра, M = m_o × m_e — каждое найдено из уравнения тонкой линзы с использованием реальной цепочки изображений двух линз, а не из идеализированной формулы углового увеличения.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы сначала найдите расстояние до изображения объектива d_i1 из 1/f_o = 1/d_o1 + 1/d_i1 (d_o1 = 9,6 см, f_o = 8 см — остаётся одинаковым при любой длине тубуса). Затем найдите расстояние до предмета окуляра d_o2 = L − d_i1, и расстояние до его изображения d_i2 из 1/f_e = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f_e = 25 см). Наконец M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Сравните M с таблицей.
• Объясните, почему собственное увеличение объектива остаётся постоянным во всех трёх пробах, тогда как увеличение окуляра — а значит, и общее системное увеличение — меняется с длиной тубуса.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Сравните системное увеличение этого эксперимента с M = N/f эксперимента simple-magnifier. Объясните, почему сцепление двух реальных изображений линз может умножить увеличение намного сильнее, чем могла бы дать любая линза сама по себе.
• Реальные микроскопы исторически стандартизировали длины тубуса (как 160 mm), чтобы объективы и окуляры разных производителей предсказуемо сочетались. Объясните, почему стандартизация длины тубуса — а не только фокусного расстояния каждой линзы — важна для взаимозаменяемых частей микроскопа.

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

1. Добро пожаловать к микроскопу
2. Выберите объектив
3. Нажмите Play
4. Двухступенчатое увеличение
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Формула тонкой линзы