Загальна інформація
Застосування
У цьому досліді йдеться про експериментальне дослідження мікроскопа. Найдавніша техніка мікроскопії - світлова мікроскопія, яку, за оцінками, розробили близько 1600 року в Нідерландах. Роздільна здатність класичного світлового мікроскопа залежить від довжини хвилі використаного світла і в найкращому разі обмежена приблизно 0,2 мікрометра ( = межа Аббе).
Рисунок 1: схема досліду
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають уже мати знання про прямолінійне поширення світла, а також про його поведінку на різних лінзах.
Принцип
Завдання мікроскопа - збільшити малий предмет, який оком видно лише погано. Він складається з двох збиральних лінз - об'єктива й окуляра.
Щоб можна було виміряти збільшення мікроскопа, на оптичну лаву додатково ставлять «модель ока». Вона складається з екрана, який відтворює сітківку, і 50-мм лінзи - «лінзи ока».
У другому досліді проміжне зображення вловлюють за об'єктивом і вимірюють збільшення об'єктива.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учні опанують принципову дію мікроскопа. Ідеться передусім про розгляд проміжного зображення та про збільшення, якого досягають мікроскопом.
Завдання
1. Розглянути предмет за допомогою «моделі ока».
2. Визначити збільшення проміжного зображення.
3. Збільшити зображення повним мікроскопом.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія (1/2)
Мікроскоп складається з лінзи об'єктива і лінзи окуляра, відстань між якими значно більша за суму їхніх фокусних відстаней.
Предмет лежить упритул перед переднім фокусом об'єктива.
Об'єктив створює обернене, збільшене і дійсне зображення - проміжне зображення, яке можна вловити на екрані. Воно лежить у межах передньої фокусної відстані окуляра, щоб той діяв як лупа. Так виникає збільшене, пряме, уявне зображення, яке можна розглядати оком.
Збільшення мікроскопа вимірюють за розміром зображення, що виникає на сітківці ока (див. примітку).
Теорія (2/2)
Збільшення об'єктива можна обчислити, вимірявши відрізок на проміжному зображенні.
Повне збільшення мікроскопа обчислюють зі збільшень об'єктива і окуляра
Справджується : .
Примітка:
Мікроскоп служить для збільшення кута зору, під яким розглядають предмет.
Повне збільшення - це відношення розміру зображення, яке видно при розгляданні предмета в мікроскоп, до розміру, який предмет мав би на «умовній відстані зору» 25 см.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Експериментальна лампа | 08130-99 | 1 | 2 | Оптична лава, l = 1000 мм | 08370-00 | 1 | 3 | Лінза на ковзній опорі, f = +100 мм | 09820-02 | 1 | 4 | Лінза на ковзній опорі, f = +50 мм | 09820-01 | 2 | 5 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 2 | 6 | Оправа зі шкалою на ковзній опорі | 09823-00 | 1 | 7 | Діафрагма з отвором, d = 20 мм | 09816-01 | 1 | 8 | Екран, білий, 150x150 мм | 09826-00 | 1 | 9 | Екран, металевий, 300 мм x 300 мм | 08062-00 | 1 | 10 | Тримач діафрагм, накидний | 11604-09 | 2 | 11 | Лінійка, пластмасова, 200 мм | 09937-01 | 1 | 12 | Слайд "Імператор Максиміліан" | 82140-00 | 1 |
|---|
Складання та виконання
Складання (1/2)
Лампу вставляють вертикальною ніжкою в отвір ковзної опори для оптичної лави й закріплюють гвинтом. Ковзну опору пересувають так, щоб вона стояла на позначці 2,0 см на оптичній лаві.
Безпосередньо перед лампою ставлять ковзну опору (15,0 см), надівають тримач діафрагм і всувають слайд «Імператор Максиміліан» як предмет. Слайд має бути прикладом тонко структурованого мікрооб'єкта, який сильно збільшують.
Схема досліду
Складання (2/2)
- Лампу разом з її блоком живлення під'єднують до струму й пересувають її горизонтальним повзунком у корпусі так, щоб слайд був освітлений повністю.
- Екран закріплюють у ковзній опорі й ставлять на оптичну лаву.
- Лінзи вставляють залежно від частини досліду. Подальші дії описано у виконанні.
Виконання (1/5)
Дослід 1: розглядання предмета за допомогою моделі ока (рис. 2)
- Лінзу 50 мм (лінзу ока) поставити на позначку 29 см. Екран (сітківку) ставлять на 10 см за нею.
- На лінзу ока надівають тримач діафрагм. У тримач діафрагм всувають діафрагму з отвором 20 мм. При цьому слід стежити, щоб діафрагма з отвором сиділа посередині ходу променів.
Рисунок 2
Виконання (2/5)
- Предмет «Імператор Максиміліан» тепер пересувають так, щоб він різко зображувався на сітківці (слайд у тримачі повертають, доки зображення не буде видно прямим і не дзеркальним.)
- Потім зчитують положення слайда.
- Для визначення збільшення виміряти, наприклад, відстань (розмір предмета) від нижнього краю фотографії до лінії заголовка зображення і виміряти відповідний розмір зображення .
Дослід 2: демонстрація проміжного зображення (рис. 3)
- Модель ока прибирають з оптичної лави. Слайд лишається в тому положенні, яке знайшли в попередній частині досліду.
- Натомість екран у ковзній опорі ставлять на позначку 70 см.
Виконання (3/5)
На лінзу 50 мм (тепер це лінза об'єктива мікроскопа) надіти тримач діафрагм із діафрагмою з отвором 20 мм, поставити її на оптичну лаву приблизно на позначці 23 см і пересувати так, щоб слайд різко зображувався на екрані.
Зчитують положення лінзи.
Для визначення збільшення вибрати, наприклад, розмір обличчя, тобто відстань між підборіддям (лінія розділу між шиєю та одягом) і лінією заголовка зображення, і виміряти її як на проміжному зображенні, так і на предметі.
Рисунок 3
Виконання (4/5)
Дослід 3: повний мікроскоп (рис. 4)
- Екран виймають із ходу променів, решту установки більше не змінюють. На позначці 77 см на оптичній лаві тепер розміщують додаткову лінзу (+100 мм) як окуляр.
- За нею ставлять «модель ока»: лінзу ока (діафрагма не потрібна) ставлять на позначку 87 см, а екран - на 97 см.
Рисунок 4
Виконання (5/5)
- Пересуваючи лінзу окуляра, тепер треба дістати різке зображення. При цьому вибрану ділянку зображення лінза відтворює збільшено й різко. Інші частини зображення видно нерізко, поза зображенням лінзи, як розсіяне світло. Цю частину надалі не беруть до уваги.
- Повертаючи й пересуваючи слайд у тримачі діафрагм, можна шукати й розглядати тонкі структури.
- Для визначення збільшення вибрати дві риски, які обрамлюють заголовок, і виміряти відстань між ними.
Примітка: не рекомендовано давати учням розглядати слайд без «моделі ока». Для цього лампа надто яскрава, і її не можна просто так пригасити.
Опрацювання результатів (1/3)
Дістають наведені нижче зображення окремих дослідів. Ліворуч: слайд, розглянутий за допомогою «моделі ока», посередині: слайд, розглянутий крізь мікроскоп, праворуч: проміжне зображення.
Опрацювання результатів (2/3)
Виміряні дані трьох дослідів наведено в таблиці 1.
Дослід 1:
Положення слайда після юстування: 15,5 ... 16,5 см.
Зображення в цьому досліді таке саме завбільшки, як і предмет. Неозброєним оком тонкі структури, наприклад у плащі та у волоссі, розпізнати важко.
Дослід 2:
Положення лінзи після юстування: 22,5 ... 23,5 см.
Зображення набагато більше за предмет, тонкі структури всюди добре видно.
Опрацювання результатів (3/3)
Дослід 3:
Положення другої лінзи ( = + 100 мм) після юстування: близько 77,3 см.
Ділянка зображення тепер дуже мала, слайд доводиться пересувати, щоб знайти потрібне місце. Зате структури збільшено дуже сильно.
Таблиця 1: виміряні дані окремих дослідів та їхні збільшення