复合显微镜：用两个透镜实现高倍放大
1·预测
复合显微镜使用靠近样本的 short-focal-length 物镜，然后是目镜。依次使用两个透镜是否能比单独使用任何一个透镜获得更高的放大倍率？
- 是的，将两个中等放大倍率连接起来可以将它们相乘，从而提供比单个透镜更高的整体放大倍率。
- 不，使用两个透镜不会将放大倍数增加到超出单个透镜的限制。
- 放大倍数仅取决于目镜，而不取决于物镜。
2·设置
- 打开「复合显微镜：两个高放大倍率透镜（compound-microscope）」预设并按重置。物镜 f = 6 cm；目镜 f = 8 厘米，间隔 22 厘米。
- 启用物镜的像距与系统放大率读数。
- 设置每次试验的标本与物镜的距离，并记录物镜的图像距离和整体系统放大倍率。
3·收集数据
| 样品距物镜的距离 (cm) | 物镜像距 (cm) | 系统放大倍数M |
|---|---|---|
| 10.00 | ||
| 12.00 | ||
| 14.00 |
针对三次试验，绘制系统放大率M（y轴）相对标本距离（x轴）的关系图。
4·分析
- 对于一次试验，从 1/f₁ = 1/d_o1 + 1/d_i1 (f₁ = 6 cm) 计算物镜的像距 d_i1，然后计算目镜的物距 d_o2 = 22 − d_i1，再从 1/f₂ = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f₂ = 8 cm) 计算其像距 d_i2。最后 M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2)。将 M 与表进行比较。
- 此预设的默认样本距离 (12 厘米) 给出 M = 4。使用链计算解释适度的物镜放大倍率与适度的目镜放大倍率如何组合成一个更大的总数。
5·扩展
- 如本实验所示，将标本放置在刚好超出物镜焦距的位置，会产生较大的第一阶段放大率。请解释为什么实际仪器中的显微镜物镜要设计成焦距非常短（仅数毫米），以最大化这一效果。
- 复合显微镜不能无限放大——超过某一点，进一步放大只会放大模糊，而不会揭示新的细节，受到光本身波长（衍射）的限制。为什么简单地添加更多透镜级并不能解决这个基本限制？
这个实验背后的物理原理
两级显微镜放大倍率
复式显微镜的总放大率是物镜放大率（对标本成像）与目镜放大率（对该中间像再次成像）的乘积：M = m_objective × m_eyepiece。