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显微镜由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器,用来放大微小物体的像,是放大虚像的透镜系统。当把待观察物体放在物镜焦点外侧靠近焦点处时,在物镜后所成的实像恰在目镜焦点内侧靠近焦点处,经目镜再次放大成一虚像,观察到的是经两次放大后的倒立虚像。
【实验目的】
1、了解显微镜的基本原理和结构,并掌握其调节、使用和测量放大率的一种方法。
2、了解视觉放大率的概念并掌握其测量方法。
3、进一步熟悉透镜的成像规律。
【实验仪器】
光学平台、带有毛玻璃的白炽灯光源S、1/10mm分划板F、显微物镜L0(焦距f0=)、显微目镜Le(去掉物镜头的读数显微镜,焦距fe=)、读数显微镜架SZ—38、二维调整架SZ-07(2个)、底座4个。
【实验原理】
厂
由于人眼分辩能力的限制,在观察远处物体或微小物体时,分辩不清物体的细节。为此人们发明了望远镜、放大镜、显微镜等仪器以增大对眼的视角。仪器增大视角的能力用视角放大率来描述。若人眼通过光学仪器观察物体时(实际是物体的像)的张角为申,不通过光学仪器直接观察物体的张角为屮,则视角放大率M定义为:
tantan
显微镜的光学系统如图所示,它的物镜L0和目镜Le都是会聚透镜。被观察的物体y1位于物镜前面一倍焦距f,和二倍焦距之间,经物镜L0后成倒立放大实像y2,y2应成像在Le的第一焦点応之内,经过目镜Le后成一放大的虚像y3。y3应该位于人的明视距离处。为了适合观察近处的小物体,显微镜物镜L0的焦距也应该选取比较小,-。目镜主要作为放大镜,观察中间像y2o
显微镜的视角放大率M定义为最后的虚像和物体在明视距离处对人眼的张
角之比。
MDMM
ff0e
0e
由上式可知,显微镜的视角放大率等于它的物镜的垂轴放大率和目镜的视角放大率的乘积。其中,D=250mm为明视距离,△为显微镜的物镜与目镜焦点之间的距离,称为光学间隔。
【实验内容】
1、用已知焦距的透镜组组装显微镜。
2、计算显微镜的放大倍数
实验步骤】
a
图2实验光路图
带有毛玻璃的白炽灯光源S;;-07;:f°=15mm;、二维调整架SZ-07;
(去掉物镜头的读数显微镜);-38;-01;
-03;-03;-04
1、根据组装显微镜对透镜焦距的要求,按图组装相应的器件。
2、把全部器件按图2的顺序摆放在平台上,靠拢后目测调至共轴。
3、固定透镜L0的位置,调节分划板F,位于透镜L0的焦距外侧。
4、将光源紧挨F装置。
5、沿标尺导轨前后移动Le,直至在显微镜系统中看清分划板F的刻线。
6、记录F、L0、Le的位置。
7、从显微镜中读出分划板的刻度。
【注意事项】
1、由于物镜的焦距f0较小,分划板尽量靠近物镜L。。
2、首先用白屏找到第一次成像的位置,再用目镜Le替换,前后移动就可在显微镜系统中看清分划板F的刻线。
【实验数据】
1、光学平台上光学器件的坐标读数长度单位:cm
办
fe
Lo
Le
A
Mi
L(F与Le的距离)
2、从读数显微镜中读出分划板刻度的读数长度单位:mm
n
x(mm)
n
x(mm)
n+5
Ax二x-x
n+5n
£Ax
—n
Ax=-n^1
5
M=Axx20
1
&310
2
&270
3
&571
4
5
(1)根据M—计算显微镜的视角放大率。
ff
0e
A=d-f-f
LL0e
oe
Ax
(2)根据M=上二x20计算显微镜的实际放大倍数。
【思考与练****br/>1、为什么不能单用移动放大镜将微小物体的尺寸放大?答:单用移动放大镜将微小物体的尺寸放大的放大倍数太小了。
2、为什么显微镜的物镜对像差的要求较高?答:物镜利用入射光线透过时被检物体进行第一次成像,得到物体放大
的实像;目镜的作用是把物镜放大了的实像进行第二次放大,是将物镜放大的实像作为物体,进一步放大成虚像并把物像映入观察者的眼中。显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分的两个物点的最小间距。当波长久一定时,分辨率取决于数值孔径的大小。数值孔径越大则能分辨的结构越细,即分辨率越高。数值孔径是显微物镜的一个重要性能指标,通常与放大倍率一起标注在物镜镜筒外壳上。分辨率和放大倍率是两个不同的但又互有联系的概念。当选用的物镜数值孔径不够大,即分辨率不够高时,显微镜不能分清物体的微细结构,此时即使过度地增大放大倍率,得到的也只能是一个轮廓虽大但细节不清的图像。
3、为什么显微镜的焦距要做得很短,相应的口径也要做得较小?答:因为显微镜的镜筒长度有限,物镜需要把标本折射成放大的实像,
还需要离标本近一点使得成象可以明亮些,因此需要把物镜的焦距做得短一些。这样显微镜才有较大的放大倍数和分辨率。
4、若显微镜的出瞳位置与眼瞳不重合,将会出现什么现象?答:模糊,失真。
【补充知识】显微镜是人类认识物质微观世界的重要工具,是现代科学研究工作中不可缺少的仪器之一。显微镜自1666年问世以来已有300多年的历史了,其间随着科学技术不断发展,显微镜的品种不断增加,结构和性能逐步得到完善和提高。根据不同的用途,光学显微镜可分为普通光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜、倒置显微镜、体视显微镜、偏光显微镜等10多种。目前,世界上许多国家都可以生产光学显微镜,牌名、种类繁杂,其中德国、日本等国制造的显微镜品质、数量占优势,但价格昂贵。