ทัศนศาสตร์
กล้องจุลทรรศน์ผสม (เชิงมุม)
เลนส์วัตถุกับเลนส์ตาโฟกัสสั้นคูณกันเป็นกำลังขยายเชิงมุมใหญ่สำหรับวัตถุจิ๋วใกล้ตา
กล้องจุลทรรศน์ผสม (เชิงมุม) — การจำลองทัศนศาสตร์แบบโต้ตอบ เลนส์วัตถุกับเลนส์ตาโฟกัสสั้นคูณกันเป็นกำลังขยายเชิงมุมใหญ่สำหรับวัตถุจิ๋วใกล้ตา ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
ทัศนศาสตร์กล้องจุลทรรศน์ผสม
เลนส์วัตถุและเลนส์ตาโฟกัสสั้นคูณกันได้กำลังขยายเชิงมุมมากสำหรับวัตถุขนาดเล็กที่อยู่ใกล้
เลนส์วัตถุสร้างภาพจริงขยายใหญ่ไว้ด้านในระยะโฟกัสของเลนส์ตาพอดี จากนั้นเลนส์ตาทำหน้าที่เป็นแว่นขยายบนภาพนั้น กำลังขยายเชิงมุมรวมประมาณเท่ากับผลคูณของกำลังขยายตามขวางของเลนส์วัตถุและกำลังขยายของเลนส์ตา—โดยทั่วไปหลายร้อยเท่าสำหรับงานชีววิทยา
- M = M_obj × M_eye
- ระบบเลนส์สองชิ้น
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
เลนส์วัตถุและเลนส์ตาของกล้องจุลทรรศน์ประกอบมีระยะโฟกัสคงที่ แต่ตำแหน่งของเลนส์ตา — ความยาวท่อ — ยังปรับได้ การเปลี่ยนความยาวท่อเปลี่ยนกำลังขยายรวม (ของระบบ) ของกล้องจุลทรรศน์หรือไม่ แม้ระยะโฟกัสของเลนส์ทั้งสองจะไม่เปลี่ยน
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ไม่ — ความยาวท่อไม่กระทบกำลังขยายรวม มีแต่ระยะโฟกัสของแต่ละเลนส์
- มีแต่ระยะโฟกัสของเลนส์ตาที่สำคัญ ไม่ใช่ระยะห่างจากเลนส์วัตถุ
- ใช่ — การเพิ่มความยาวท่อทำให้เลนส์ตาเข้าใกล้จุดโฟกัสของตัวเองมากขึ้น (เทียบกับภาพจริงที่เลนส์วัตถุสร้างขึ้น) ซึ่งเพิ่มกำลังขยายของเลนส์ตาเอง และคูณเข้ากับกำลังขยายรวมของระบบที่ใหญ่ขึ้น
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ความยาวลำกล้อง L (cm)
สิ่งที่คุณวัด:
- กำลังขยายของระบบ M
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดพรีเซ็ท microscope แล้วกดรีเซ็ต เลนส์วัตถุ (f_o = 8 cm ที่ระยะชิ้นงานคงที่) สร้างภาพจริง เลนส์ตา f_e = 25 cm
- เปิดค่าแสดงกำลังขยายของระบบ (M รวมของสายโซ่การเกิดภาพของเลนส์ทั้งสอง)
- ตั้งความยาวท่อ (ระยะห่างเลนส์วัตถุถึงเลนส์ตา) ในแต่ละรอบแล้วบันทึกกำลังขยายของระบบที่ได้
สมการควบคุม
กำลังขยายของระบบกล้องจุลทรรศน์ประกอบ — M = m₁·m₂·…
กำลังขยายรวมของกล้องจุลทรรศน์ประกอบคือผลคูณของกำลังขยายภาพของเลนส์วัตถุและเลนส์ตาเอง M = m_o × m_e — แต่ละค่าหาได้จากสมการเลนส์บางโดยใช้สายโซ่การเกิดภาพจริงของเลนส์ทั้งสอง ไม่ใช่จากสูตรกำลังขยายเชิงมุมในอุดมคติ
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงหาระยะภาพของเลนส์วัตถุ d_i1 จาก 1/f_o = 1/d_o1 + 1/d_i1 ก่อน (d_o1 = 9.6 cm, f_o = 8 cm — คงเดิมทุกความยาวท่อ) จากนั้นหาระยะวัตถุของเลนส์ตา d_o2 = L − d_i1 และระยะภาพของมัน d_i2 จาก 1/f_e = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f_e = 25 cm) สุดท้าย M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2) เทียบ M กับตาราง
- อธิบายว่าเหตุใดกำลังขยายของเลนส์วัตถุเองจึงคงที่ตลอดสามรอบการทดลอง ในขณะที่กำลังขยายของเลนส์ตา — และกำลังขยายรวมของระบบ — เปลี่ยนไปตามความยาวท่อ
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- เปรียบเทียบกำลังขยายของระบบในการทดลองนี้กับ M = N/f ของการทดลอง simple-magnifier อธิบายว่าเหตุใดการต่อภาพจริงของเลนส์สองตัวเป็นสายโซ่จึงสามารถทวีกำลังขยายได้มากกว่าที่เลนส์ตัวใดตัวหนึ่งจะสร้างได้เพียงลำพัง
- กล้องจุลทรรศน์จริงในอดีตมาตรฐานความยาวท่อเฉพาะ (เช่น 160 mm) เพื่อให้เลนส์วัตถุกับเลนส์ตาจากผู้ผลิตต่างกันประกอบร่วมได้อย่างคาดเดาได้ อธิบายว่าเหตุใดการมาตรฐานความยาวท่อ — ไม่ใช่แค่ระยะโฟกัสของเลนส์แต่ละตัว — จึงสำคัญกับชิ้นส่วนกล้องที่ใช้แทนกันได้
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- ยินดีต้อนรับสู่ กล้องจุลทรรศน์
- เลือกเลนส์วัตถุ
- กดเล่น
- กำลังขยายสองขั้น
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ