Оптика

Складний мікроскоп (кутовий)

Короткофокусний об'єктив та окуляр множать у велике кутове збільшення для крихітних близьких предметів.

Складний мікроскоп (кутовий) — інтерактивне моделювання: Оптика. Короткофокусний об'єктив та окуляр множать у велике кутове збільшення для крихітних близьких предметів. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Оптика складеного мікроскопа

Короткофокусний об'єктив та окуляр множать у велике кутове збільшення для крихітних близьких предметів.

Об'єктив створює збільшене дійсне зображення ледь усередині фокуса окуляра; окуляр тоді діє як лупа на цьому зображенні. Сумарне кутове збільшення — приблизно добуток поперечного збільшення об'єктива та збільшувальної здатності окуляра — типово сотні разів для біологічних робіт.

• M = M_obj × M_eye
• Дволінзова система

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Об'єктив і окуляр складеного мікроскопа мають фіксовані фокусні відстані, але положення окуляра — довжину тубуса — все ще можна регулювати. Чи змінює зміна довжини тубуса загальне (системне) збільшення мікроскопа, навіть якщо фокусна відстань жодної з лінз не змінюється?

Прогнози для зважування

• Ні — довжина тубуса не впливає на загальну збільшеність, лише окремі фокусні відстані лінз.
• Лише фокусна відстань окуляра має значення, а не те, наскільки далеко він розташований від об'єктива.
• Так — збільшення довжини тубуса наближає окуляр до його власного фокуса (відносно реального зображення, яке формує об'єктив), що збільшує власне збільшення окуляра і множиться на більше загальне системне збільшення.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Довжина тубуса L (cm)

Що ви вимірюєте:

• Системне збільшення M

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет microscope та натисніть «Скинути». Об'єктив (f_o = 8 см, на фіксованій відстані до зразка) формує реальне зображення; окуляр має f_e = 25 см.
2. Увімкніть показ системного збільшення (загальне M ланцюжка зображень двох лінз).
3. Задайте довжину тубуса (розділення об'єктив-окуляр) для кожного заміру та запишіть результуюче системне збільшення.

Керівне рівняння

Системне збільшення складеного мікроскопа — M = m₁·m₂·…

Загальне збільшення складеного мікроскопа є добутком власних збільшень зображення об'єктива та окуляра, M = m_o × m_e — кожне знайдене з рівняння тонкої лінзи з використанням реального ланцюжка зображень двох лінз, а не з ідеалізованої формули кутового збільшення.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру спочатку знайдіть відстань до зображення об'єктива d_i1 з 1/f_o = 1/d_o1 + 1/d_i1 (d_o1 = 9,6 см, f_o = 8 см — залишається однаковою при будь-якій довжині тубуса). Потім знайдіть відстань до предмета окуляра d_o2 = L − d_i1, та відстань до його зображення d_i2 з 1/f_e = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f_e = 25 см). Нарешті M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Порівняйте M з таблицею.
• Поясніть, чому власне збільшення об'єктива залишається постійним у всіх трьох замірах, тоді як збільшення окуляра — а отже, і загальне системне збільшення — змінюється з довжиною тубуса.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Порівняйте системне збільшення цього експерименту з M = N/f експерименту simple-magnifier. Поясніть, чому з'єднання двох реальних зображень лінз у ланцюжок може помножити збільшення далеко за межі того, що могла б дати будь-яка лінза сама по собі.
• Справжні мікроскопи історично стандартизували на конкретні довжини тубуса (як 160 мм), щоб об'єктиви та окуляри різних виробників можна було змішувати та поєднувати передбачувано. Поясніть, чому стандартизація довжини тубуса — а не лише фокусної відстані кожної лінзи — має значення для взаємозамінних частин мікроскопа.

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

1. Вітаємо в мікроскопі
2. Виберіть об'єктив
3. Натисніть «Запустити»
4. Двоступеневе збільшення
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Формула тонкої лінзи