Составной микроскоп: длина тубуса и увеличение

1 · Прогноз

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?

• 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.

2 · Подготовка

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.

3 · Сбор данных

Постройте системное увеличение M (ось y) против длины тубуса L (ось x) для трёх проб. Является ли эта зависимость прямой линией?

4 · Анализ

1. 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.
2. 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.

5 · Развитие

1. 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.
2. 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.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту

138 бесплатных печатных физических рабочих листов