ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3-15

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3-15

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСКОПА И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ МИКРООБЪЕКТОВ

Приборы и принадлежности: микроскоп, осветитель, объективный микрометр, окулярный микрометр МОВ-15, объекты для измерения их размеров.

Цель работы: ознакомление с работой простейшего микроскопа и приобретение навыков измерения размеров микрообъектов.

1. Увеличение микроскопа и его размещающая способность.

Глаз человека способен раздельно увидеть две светящиеся точки, если угол между лучами, идущими от них к центру глаза, не меньше одной минуты, для рассматривания очень мелких предметов необходимо искусственно увеличивать угол зрения, что достигается с помощью микроскопа. Механическая часть микроскопа (рис. 1) состоит из основания А, колонки тубусодержателя В, тубуса С, кремальеры с ведущим барашковым колесиком D, предметного столика Е и микрометрического винта F. Вращением барашковых колесиков осуществляется быстро опускание и поднятие тубуса. Для медленного перемещения тубуса служит микрометрический винт F.

Рис. 1

Оптическая часть микроскопа состоит из объектива Об, окуляра Ок и зеркала S. Ход лучей в микроскопе схематически показан на рис. 2. Рассматриваемый объект АВ помещается вблизи переднего фокуса объектива. Объектив дает действительное увеличенное изображение предмета А₁В₁, которое рассматривается в окуляр, как в лупу. Для удобства наблюдения (без напряжения глаз) тубус микроскопа при его фокусировке устанавливают так, что изображение предмета А₁В₁ располагается в фокальной плоскости окуляра. Вследствие этого лучи, выходящие из каждой точки изображения А₁В₁, после прохождения через окуляр идут параллельным пучком. Каждый такой пучок глаз сводит на сетчатке в одну точку. В результате на сетчатке возникает изображение предмета А₂В₂ (см. рис. 2). Увеличение микроскопа

К = К₁В₂, (1)

где К₁ – увеличение объектива, К₂ – увеличение окуляра.

Из рис. 2 видно, что увеличение объектива

(2)

известно, что увеличение лупы (окуляра)

(3)

где d₀ – расстояние наилучшего зрения для нормального глаза d₀ = 25 см, F_ок – фокусное расстояние окуляра.

При стандартной длине тубуса микроскопа увеличение объектива К₁ и окуляра К₂ являются постоянными величинами. Обычно они указываются на оправах объектива и окуляра. Стандартные увеличения объективов К₁ = 8, 10, 20, 40, 90, окуляров – К₂ – 8, 10, 7, 15. Современные оптические микроскопы могут давать увеличение до 1500-2000 раз.

Рис. 2

Рис. 3 Рис. 4

Рис. 5 Рис. 6

Другим важным параметром микроскопа является его размещающая способность. Она характеризуется наименьшим расстоянием между двумя точками рассматриваемого предмета, которые видны раздельно. Чем меньше это расстояние, чем больше разрешающая способность. Точки, расположенные на более близком расстоянии, микроскопом не «разрешаются», они видны как одна точка. В случае, когда между рассматриваемым объектом и фронтальной линзой объектива находится воздух, разрешающая способность микроскопа определяется по формуле:

(4)

где l – расстояние между двумя предельно близкими точками, объектами, видимыми раздельно,  - длина волны света, которым освещается объект (для белого света  = 0,55 мкм),  = угол между оптической осью микроскопа и лучем, падающим на край фронтальной линзы объектива от рассматриваемого объекта (рис. 3). Этот угол называют апертурным, а величину sin  - апертурой объектива. Для объектива с собственным увеличением К₁ = 0, например, апертура равна 0,20, для объектива с К₁ = 10 она равна 0,30 и т.д. Как и увеличение , апертура бывает выгравирована на оправе объектива.

2. Окулярный винтовой микрометр и объективный микрометр.

При выполнении данной работы в качестве окуляра применяется окулярный винтовой микрометр МОВ-15х (рис. 4), увеличение которого К₂ = 15. Если свет отраженный от зеркала S (рис. 1) попадает в объектив микроскопа то при наблюдении через линзу 1 (рис. 4) в поле зрения наблюдается неподвижная шкала с делениями 1, 2, …8, двойная риска «а» и перекрестие рисок «б» (рис.5). И шкала и двойная риска с перекрестием располагаются в фокальной плоскости окуляра, как раз там, где находится первичной изображение предмета, рассматриваемого в микроскоп. При вращении барабанчика 2 (рис. 4) двойная риска и перекрестие перемещаются вдоль шкалы. На барабанчике нанесено 100 делений. При повороте барабанчика на один оборот перекрестие «б» и двойная риска «а» перемещаются на одно деление неподвижной шкалы. Следовательно одно деление барабанчика равно 0,01 деления шкалы.

Для измерения размеров объекта, рассматриваемого в микроскоп, необходимо определить цену одного деления шкалы окулярного микроскопа в миллиметрах. Эту операцию выполняют обычно с применением объективного микрометра. Объективный микрометр представляет собой прямоугольную металлическую пластину (рис. 6), на пересечении диагоналей которой расположено круглое стекло 1, покрытое зеркальным слоем металла. На поверхности этого слоя в центре стекла нанесена шкала, содержащая 100 равных делений ценою 0,01 мм. На рисунке 7 приведена картина, наблюдаемая при рассмотрении шкалы объективного микрометра в микроскоп.

3. Определение цены деления шкалы окулярного микрометра МОВ-15х.

1) На предметном столике микроскопа устанавливают объективный микрометр так, чтобы круглое стекло объективного микрометра (рис. 6) находилось под линзой объектива.

2) Осветитель устанавливают так, чтобы свет от него падал на объективный микрометр под малым углом скольжения вдоль его длинной стороны (риски шкалы объективного микрометра видны лучше при косом освещении).

3) Путем осторожного перемещения тубуса микроскопа его фокусируют на поверхности круглого стекла микрометра, а затем перемещением объективного микрометра добиваются резкого видения его шкалы.

4) Окулярный микрометр МОВ-15х поворачивают вокруг оси тубуса так, чтобы двойная риска «а» (рис. 7) была видна параллельна рискам шкалы объективного микрометра.

5) Вращением барабанчика МОВ-15х устанавливают перекрестие на одно из крупных делений шкалы объектмикрометра (рис. 7). По шкале окулярного микрометра и барабанчику делают отсчет N₁. Целое число делений определяют по шкале с цифрами 1, 2, …, сотые доли делением определяют по барабанчику. Если, например, двойная риска находится между цифрами 1 и 2, а отсчет по барабанчику равен 25 делениям, то N₁ = 1,25.

Затем перекрестие устанавливают на другой край выделенного участка, содержащего m делений шкалы объективного микрометра (m сотых миллиметра). Делают отсчет N₂. Цену одного деления шкалы окулярного микрометра подсчитывают по формуле:

мм (5)

4. Измерение диаметра тонкой проволоки.

1) Выданную преподавателем проволоку устанавливают на предметном столике. Свет от осветителя направляют на зеркало S (рис. 1) и путем его поворота добиваются наиболее яркого освещения проволоки.

2) Перемещение тубуса микроскопа добиваются резкого изображения краев проволоки.

3) Поворотом окулярного микрометра вокруг оси тубуса устанавливают его так, чтобы в поле зрения двойная риска «а» окулярного микрометра была параллельна краям проволоки (рис. 8).

4) Вращением барабанчика микрометра перекрестие нитей окулярного микрометра последовательно устанавливают на края изображения проволоки в точках А и В делают расчеты N₁ и N₂.

5) Диаметр проволоки подсчитывают по формуле:

d = a(N₂ – N₁),

где а – цена деления неподвижной шкалы окулярного микрометра.

5. Измерение периода дифракционной решетки.

1) На предметном столике устанавливают дифракционную решетку и добиваются резкого изображения штрихов решетки.

2) Окулярный микрометр поворачивают вокруг оси тубуса так, чтобы двойная риска была параллельна штрихам решетки.

3) Установив перекрестие на один из штрихов, делают отсчет N_1.

Переместив перекрестие на 20 или 30 штрихов (на n периодов), делают второй отсчет N₂. Период решетки подсчитывают по формуле:

d =

Примечание: в качестве объектов для измерения могут быть предложены: двойная щель, споры растения (плауна, например).

6. Контрольные вопросы.

1. Изобразите и поясните ход лучей в микроскопе.

2. Как получается увеличение лупы и микроскопа?

3. Как подсчитывается разрешающая способность микроскопа?

4. Что понимают под апертурой микроскопа?

5. Как определить цену деления окулярного микрометра?

ЛИТЕРАТУРА

1. Г.С. Лансгберг, «Элементарный учебник физики», т.3., 1986, п. 116.

2. Т.И. Трофимов, «Курс физики», 1990, п. 183.