Роздільна здатність мікроскопа

Схема досліду

Оптичні прилади слугують для того, щоб збільшувати малі або далекі предмети, аби можна було спостерігати більше деталей. Проте кожен прилад, залежно від принципу дії та будови, по-різному добре розділяє розглядуваний предмет.

Щоб можна було порівнювати прилади між собою, існують критерії, які докладніше визначають роздільну здатність приладу.

Попередні знання

Для учнів корисно, якщо вони вже знайомі з явищем дифракції світла.

Принцип

В оптичному мікроскопі об'єктив створює дійсне проміжне зображення, яке розглядають за допомогою окуляра. За законами променевої оптики принципової межі збільшення, яке дає об'єктив, немає. Однак оскільки світло має хвильові властивості, можливе збільшення мікроскопа обмежують явища дифракції. У мікроскопі, що працює на просвіт, треба враховувати дифракцію на об'єкті та на об'єктиві.

Навчальна мета

Учні мають у цьому досліді зрозуміти, як довжина хвилі використаного світла та числова апертура впливають на роздільну здатність мікроскопа.

Завдання

Учні мають дослідити, як роздільна здатність мікроскопа залежить від довжини хвилі використаного світла та від дієвого діаметра об'єктива. Дієвий діаметр об'єктива наближено задають шириною регульованої щілини на об'єктиві. Потім вони мають вивести зв'язок між роздільною здатністю, довжиною хвилі використаного світла та числовою апертурою мікроскопа.

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

Мікроскоп для оптичного збільшення

Щоб можна було розгледіти далекі або дуже малі предмети, послуговуються оптичними приладами. Їхнє завдання в принципі полягає в тому, щоб збільшити кут зору. Однак треба зважати на те, що світло має хвильові властивості. Тому виникають явища дифракції, які погіршують роздільну здатність і які треба враховувати.

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

Рисунок 1

• Склади освітлювач за рисунками 3 і 4.
• Затисни освітлювач у лівій частині штативної основи так, щоб він був повернений стороною з лінзою від оптичної лави (рис. 5).
• Всунь світлонепроникну діафрагму перед лінзу освітлювача (рис. 6).

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

• Постав лінзу з f = +50 мм на оптичну лаву безпосередньо біля освітлювача.
• Встав тримач діафрагм і ґратку з 4 штрихами/мм у тримач діафрагм (рис. 7).
• Розмісти лінзу з f = +100 мм приблизно на позначці 22 см (рис. 8).

Рисунок 7

• Закріпи спостережну оптику в правому пазу тримача пластин і поставте його з рейтером на правому кінці оптичної лави (рис. 9).
• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~) і увімкни блок живлення (рис. 10).

Рисунок 9

• Пересуваючи лінзу з f = +100 мм, дістань різке зображення ґратки у площині спостереження.
• Всунь червоний фільтр у гніздо освітлювача (рис. 11).

• Надінь закриту регульовану щілину з тримачем діафрагм на лінзу з f = +100 мм (рис. 12).
• Виміряй і запиши відстань між ґраткою та регульованою щілиною.
• Збільшуй ширину щілини доти, доки лінійна структура ґратки (об'єкта) щойно стане розпізнаваною.

• Постав лінзу з f = +50 мм без ґратки в положення 30 см (рис. 13).
• Пересувай її, доки щілинна діафрагма не зобразиться різко у площині спостереження (рис. 14).
• Виміряй і запиши ширину зображення щілини.

Рисунок 13

• Виміряй відстань до зображення (відстань лінза - площина спостереження) і відстань до предмета (відстань щілина - лінза) та запиши результати.
• Віднови початкове складання і виконай визначення для всіх інших комбінацій фільтрів і ґраток та запиши виміряні значення.
• Вимкни блок живлення.

Рисунок 13

Рисунок 15

Рисунок 16