Роздільна здатність оптичних приладів

Схема установки

Оптичні прилади слугують для того, щоб збільшувати малі або далеко розташовані предмети, щоб око розрізняло більше деталей. Але кожен прилад залежно від принципу дії та будови розділяє розглядуваний предмет по-різному добре.

Щоб порівнювати прилади між собою, існують критерії, які точніше визначають роздільну здатність приладу.

Попередні знання

Для учнів буде перевагою, якщо вони вже знайомі з дифракційною картиною з досліду з подвійною щілиною.

Принцип

Кожне випромінювання, що виходить із точки предмета (точкового джерела світла), зазнає дифракції в тубусі оптичного приладу. У досліді джерелами світла (об'єктами) є дві щілини подвійної щілини. Виникають два дифракційні максимуми 0-го порядку, і вони ще саме розрізняються між собою, якщо виконано критерій Релея. Цей критерій стверджує, що відстань між дифракційними максимумами 0-го порядку не може бути меншою за половину відстані між дифракційними мінімумами 1-го порядку (пор. рис. 25).

Навчальна мета

У цьому досліді учні мають ознайомитися з критерієм Релея.

Завдання

Учні мають дослідити, за яких умов два об'єкти (точки предмета) за допомогою оптичного приладу ще саме сприймаються окремо, тобто розділяються, і перевірити чинність критерію Релея (пор. рис. 25) для роздільної здатності оптичних приладів.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Мікроскоп для оптичного збільшення

Щоб можна було розгледіти далеко розташовані або дуже малі предмети, користуються оптичними приладами. Їхнє завдання в принципі полягає в тому, щоб збільшити кут зору. Чи достатнє це збільшення кута зору, щоб розгледіти предмет, залежить від різних чинників, які й досліджуються в цьому досліді.

• Склади оптичну лаву з двох штативних стрижнів і змінної штативної основи та приклади масштабну лінійку (рис. 1 і рис. 2).

Рисунок 1

• Склади освітлювач за рисунками 3 і 4 та затисни його в лівій частині штативної основи так, щоб він був повернений боком з лінзою від оптичної лави (рис. 5).
• Насунь світлонепроникну діафрагму перед лінзу освітлювача (рис. 6).

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

• Постав тримач пластин на ковзній опорі приблизно на позначці 6 см на оптичній лаві (рис. 7).
• Закріпи в його тримачі екран із матового скла, діафрагму з подвійними щілинами та дві заслінки (рис. 8 і 9).
• Постав праворуч від нього другий тримач пластин на ковзній опорі й закріпи діафрагму з одинарними щілинами (рис. 10).

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок 9

Рисунок 10

• Насунь червоний фільтр у гніздо освітлювача (рис. 11).
• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~) і увімкни блок живлення (рис. 12).

Рисунок 11

Дослід 1

• Спершу присунь подвійну щілину з g = 1,00 мм на оптичну вісь (рис. 13) і закрий решту подвійних щілин світлонепроникними діафрагмами (рис. 14).
• (Дві щілини подвійної щілини є тими об'єктами, роздільну здатність яких треба дослідити.).

Рисунок 13

• Розглянь по черзі подвійну щілину крізь одинарні щілини різної ширини і, пересуваючи тримач пластин з одинарними щілинами (рис. 15), визнач для кожної з них максимальну відстань , за якої дві щілини подвійної щілини ще саме вдається розрізнити (розділити) (рис. 16).
• (Одинарні щілини правлять за діафрагму об'єктива оптичного приладу; їхня ширина b відповідає діаметру об'єктива; кришталик ока спостерігача відповідає лінзі, що дає зображення.)
• Запиши спостереження.

Рисунок 15

• Розглянь крізь одинарні щілини подвійну щілину з g = 0,50 мм, а наостанок - з g = 0,25 мм, і визнач також для кожного з цих випадків. Запиши всі виміряні значення.
• Заміни червоний фільтр синім (рис. 17) і повтори вимірювання. Знову запиши всі значення.
• Вимкни блок живлення.

Дослід 2

• Залиш оптичну лаву з освітлювачем такою, як у досліді 1.
• Насунь червоний фільтр у гніздо освітлювача і постав лінзу з f= +50 мм на позначці 5 см (рис. 18).
• Розмісти на позначці 10 см тримач пластин з екраном із матового скла, діафрагмою з подвійними щілинами та заслінками (рис. 19).

Рисунок 18

• Насади регульовану щілину на тримач діафрагм (рис. 20 і 21)
• Постав це на оправу зі шкалою (рис. 22).
• Постав оправу зі шкалою приблизно на позначці 48 см. Постав ковзну опору з тримачем пластин і спостережною оптикою приблизно за 25 см праворуч від регульованої щілини (рис. 23).

Рисунок 20

Рисунок 21

Рисунок 22

Рисунок 23

Рисунок 24

• Увімкни блок живлення і присунь подвійну щілину з і на оптичну вісь (рис. 24).
• Закрий решту подвійних щілин світлонепроникними діафрагмами.
• Розглянь дифракційну картину крізь спостережну оптику. Почни при цьому з відносно великої ширини регульованої щілини і повільно зменшуй .
• Опиши дифракційні картини.

Рисунок 25

• Наостанок встанови ширину щілини так, щоб два дифракційні максимуми 0-го порядку ще саме можна було розрізнити.
• Виміряй відстань між двома максимумами інтенсивності 1-го порядку (пор. рис. 25) і запиши виміряне значення.
• Заміни подвійну щілину одинарною щілиною з і виміряй (пор. рис. 24). Запиши виміряне значення.
• Вимкни блок живлення.

Рисунок 26