Складений мікроскоп: дві лінзи для високої збільшеності
1 · Прогноз
Складений мікроскоп використовує короткофокусний об'єктив близько до зразка, за яким іде окуляр. Чи досягає використання двох лінз поспіль значно вищої збільшеності, ніж кожна лінза окремо?
- Так — зчеплення двох помірних збільшень множить їх, даючи значно вищу загальну збільшеність, ніж одна лінза.
- Ні — використання двох лінз не збільшує збільшеність за межу однієї лінзи.
- Збільшеність залежить лише від окуляра, не від об'єктива.
2 · Установка
- Відкрийте пресет compound-microscope та натисніть «Скинути». Об'єктив має f = 6 cm; окуляр має f = 8 cm, розділені 22 cm.
- Увімкніть покази відстані до зображення об'єктива та системного збільшення.
- Задайте відстань зразка від об'єктива для кожного заміру та запишіть відстань до зображення об'єктива та загальне системне збільшення.
3 · Збір даних
| Відстань зразка від об'єктива (cm) | Відстань до зображення об'єктива (cm) | Системне збільшення M |
|---|---|---|
| 10.00 | ||
| 12.00 | ||
| 14.00 |
Побудуйте системне збільшення M (вісь y) проти відстані зразка (вісь x) для трьох замірів.
4 · Аналіз
- Для одного заміру обчисліть відстань до зображення об'єктива d_i1 з 1/f₁ = 1/d_o1 + 1/d_i1 (f₁ = 6 cm), потім відстань до предмета окуляра d_o2 = 22 − d_i1, потім його відстань до зображення d_i2 з 1/f₂ = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f₂ = 8 cm). Нарешті M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Порівняйте M з таблицею.
- Типова відстань зразка цього пресета (12 cm) дає M = 4. Поясніть, використовуючи ланцюгове обчислення, як помірна збільшеність об'єктива в поєднанні з помірною збільшеністю окуляра компонується у значно більше число.
5 · Поглиблення
- Зразок, поміщений ледь за фокусом об'єктива (як в цьому експерименті), дає велику збільшеність першого ступеня. Поясніть, чому об'єктиви мікроскопів проєктують з дуже короткими фокусними відстанями (кілька мм у справжніх приладах), щоб максимізувати цей ефект.
- Складені мікроскопи не можуть збільшувати нескінченно — за певної точки подальше збільшення лише збільшує розмиття без розкриття нових деталей, обмежене довжиною хвилі самого світла (дифракція). Чому просте додавання більше ступенів лінз може не розв'язати цю фундаментальну межу?
Фізика цього експерименту
Двоступенева збільшеність мікроскопа
Загальна збільшеність складеного мікроскопа — добуток збільшеності об'єктива (що зображує зразок) та збільшеності окуляра (що повторно зображує це проміжне зображення): M = m_objective × m_eyepiece.