Микроскоп: две линзы для большого увеличения
1 · Прогноз
Микроскоп использует короткофокусный объектив рядом с препаратом и окуляр за ним. Даёт ли последовательное использование двух линз куда большее увеличение, чем каждая линза в отдельности?
- Да — цепочка двух умеренных увеличений перемножает их, давая куда большее общее увеличение, чем одна линза.
- Нет — две линзы не увеличивают увеличение за предел одной линзы.
- Увеличение зависит только от окуляра, не от объектива.
2 · Подготовка
- Откройте пресет compound-microscope и нажмите «Сброс». У объектива f = 6 см; у окуляра f = 8 см; расстояние 22 см.
- Включите показания расстояния до изображения объектива и увеличения системы.
- Задайте расстояние препарата от объектива для каждой пробы и запишите расстояние до изображения объектива и общее увеличение системы.
3 · Сбор данных
| Расстояние препарата от объектива (cm) | Расстояние до изображения объектива (cm) | Увеличение системы M |
|---|---|---|
| 10.00 | ||
| 12.00 | ||
| 14.00 |
Постройте увеличение системы M (ось y) против расстояния до препарата (ось x) для трёх проб.
4 · Анализ
- Для одной пробы вычислите расстояние до изображения объектива d_i1 из 1/f₁ = 1/d_o1 + 1/d_i1 (f₁ = 6 см), затем расстояние до предмета окуляра d_o2 = 22 − d_i1, затем его расстояние до изображения d_i2 из 1/f₂ = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f₂ = 8 см). Наконец M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Сравните M с таблицей.
- Расстояние до образца по умолчанию (12 см) даёт M = 4. Используя цепное вычисление, объясните, как скромное увеличение объектива в сочетании со скромным увеличением окуляра перемножается в гораздо большее итоговое число.
5 · Развитие
- Препарат, помещённый чуть вне фокуса объектива (как в этом эксперименте), даёт большое увеличение первой ступени. Объясните, почему объективы микроскопов делают очень короткофокусными (несколько mm в реальных приборах), чтобы максимизировать этот эффект.
- Микроскопы не могут увеличивать бесконечно — за определённым пределом дальнейшее увеличение лишь растягивает размытие, не раскрывая новых деталей, ограниченное самой длиной волны света (дифракция). Почему простое добавление линзовых ступеней не решает этот фундаментальный предел?
Физика этого эксперимента
Двухступенчатое увеличение микроскопа
Полное увеличение составного микроскопа — произведение увеличения объектива (строящего изображение образца) и увеличения окуляра (переизображающего это промежуточное изображение): M = m_objective × m_eyepiece.