II. Описание экспериментальной установки.

Рефрактометр ИРФ – 22 состоит из следующих частей (рис. 4): корпуса 1, измерительной головки 6 и зрительной трубы 16 с отсчетным устройством.

Рис. 4

Измерительная головка смонтирована на корпусе прибора. Она представляет собой два литых полушария, которые служат оправами измерительной и осветительной призм.

Tак как показатель преломления исследуемой жидкости в значительной мере зависит от температуры, при измерении она должна поддерживаться постоянной. Для этого в оправах призм предусмотрены камеры, через которые пропускается термостатируемая вода. Подача и отвод ее производится через резиновые шланги 4, надеваемые на штуцеры 3,5,9 и 11. Для контроля за температурой вода в оправу призм ввинчивается термометр 7.

Чтобы найти границу раздела и совместить ее с перекрестием сетки, нужно, вращая маховичек 5 (рис 5), наклонить измерительную головку до нужного положения. При освещении белым светом, вследствие явления дисперсии, эта граница будет окрашенной. Для устранения окрашенной наблюдаемой границы и определения средней дисперсии вещества (жидкости) служит компенсатор состоящий из двух призм прямого зрения (призм АМИЧИ). Маховичком 12 можно вращать призмы одновременно в разные стороны, меняя при этом дисперсию компенсатора и устраняя цветную кайму границы раздела Вместе с компенсатором вращается барабан 2 со шкалой, по которой определяют среднюю дисперсию жидкости.

Исследуемое вещество подсвечивается зеркалом 8, а шкала показателей преломления – зеркалом 3 (рис. 5).

Рис.5

Пределы измерений показателя преломления в проходящем свете 1.3-1.7. Пределы погрешностей измерений показателей преломления 2*10^-4.

Рефрактометр универсальный лабораторный УРЛсостоит из двух основных частей (рис. 6): верхней – корпуса 2, и нижней – основания 1. К корпусу прибора крепятся камеры – верхняя и нижняя. Нижняя камера 3, заключающая в себя измерительную призму, соединена шарниром с нижней и может поворачиваться относительно нее. Нижняя и верхняя части камеры имеют окна, закрывающиеся пробкой.

Исследуемый раствор помещается между плоскостями двух прихм осветительной и измерительной.

На штуцере нижней камеры подвижно укреплен осветитель 4, свет от которого может быть направлен в одно из окон камеры. Для контроля температуры исследуемого раствора служит термометр 5. Со стороны передней крышки корпуса видна шкала 9 рефрактометра.

Рис. 6

На оси прибора укреплены: рукоятка 11 с окуляром 10 и настроечным механизмом 14, облегчающим совмещение границы светотени с перекрестием сетки лимб дисперсии 7 для устранения окрашенности границы светотени, наблюдаемой в окуляр; механизм наведения, находящийся внутри корпуса, который вместе с рукояткой может поворачиваться на оси вдоль шкалы. Для фиксации положения границы светотени относительно неподвижной шкалы 9 окуляр 10 вращается относительно оси рукояткой 11. Через окуляр 10 зрительной трубы наблюдается граница светотени, перекрестие сетки и шкалы.

Нижняя и верхняя части камеры имеют окна, закрывающиеся пробкой. На передней стенке основания имеется выключатель 13 для включения осветителя, а на боковой стенке – шнур с вилкой 12 для подводки питания от сети.

Пределы измерений по шкале показателей преломления от 1,2 до 1,7.

Пределы погрешности измерений показателей преломления ±

Показатель преломления прозрачных жидкостей определяют в проходящем свете. Несколько капель исследуемой жидкости помещают между гипотенузными гранями призм (рис. 7). (Необходимо, чтобы исследуемая жидкость полностью заполнила зазор между измерительной и осветительной призмами).

Рис. 7

Верхняя призма 0 – осветительная, ее гипотенузная грань АВ – матовая. Нижняя призма И – измерительная.

Свет от источника с помощью зеркала З направляется на боковую грань АС осветительной призмы. При выходе через ее матовую грань АВ свет рассеивается и, проходя через жидкость, входит в измерительную призму И по всевозможным направлениям, включая и угол падения, близкий к 90^о. На грани ДГ свет преломляется и внутри измерительной призмы И проходит только в пределах предельного угла γ_пр.

Если на пути света, выходящего из призмы, поставить Т – зрительную трубу, то нижняя часть ее поля зрения будет освещена, а верхняя останется темной. Получающаяся граница света и тени определяется лучом, выходящим из призмы под определенным углом. Наблюдая в зрительную трубку, совмещают границу раздела с перекрестием зрительной трубы и непосредственно по шкале прибора ИРФ-22 снимают отсчет величины показателя преломления, а на приборе УРЛ еще и концентрацию раствора.

При определении показателя преломления окрашенных, т.е. сильно поглощающих свет жидкостей, свет падает на измерительную призму через матовую грань ГЕ.

Все измерения на приборах проводятся в белом свете. На приборе ИРФ-22 зеркало 8 устанавливают так, чтобы свет от источника через окно 1 поступал в осветительную призму (рис. 4) и равномерно освещал поле зрения.

В приборе УРЛ осветителем 4 добиваются равномерного освещения поля зрения. Наблюдая в окуляр зрительной трубы, находят границу раздела с перекрестием сетки и снимают отсчет по шкале показателей преломления.

Индексом для отсчета служит неподвижный горизонтальный штрих сетки. Целые, десятые и тысячные доли значения показателя преломления отсчитываются по шкале, десятитысячные доли оцениваются на глаз.

Шкала показателей преломления приведена для температуры 20⁰С. Если измерения производятся при температуре значительно отличающейся от 20⁰С, и требуются точные значения, то к отсчету по шкале нужно ввести поправку на температуру по формуле:

где - температурный коэффициент показателя преломления стекла измерительной призмы.

Приняв для призмы Аббе среднее значение

= 0.084 * 10 ^{– 4} ; sin = 0.87 ,

получим

^{- 4}

По этой формуле вычисляются температурные поправки в пределах от 5 до 35⁰С.

III. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучите описание и правила пользования рефрактометрами типа ИРФ-22 и УРЛ.

2. Проверьте нулевую точку прибора по дистиллированной воде, при 20⁰С граница раздела должна пройти деление 1,333 шкалы показателя преломления.

3. Определите показатели преломления исследуемых жидкостей.

При исследовании на приборе ИРФ-22 определите концентрацию раствора сахара по таблице 1.

4. Результаты измерений занесите в таблицу 2.

5. Сделайте выводы.

Таблица 1.

Международная таблица (1936 г.) перевода шкалы % сухих веществ (по сахарозе) в показатель преломления

% сахарозы	n	% сахарозы	n	% сахарозы	n
0.0 0.7 1.4 2.1 2.8 3.5 4.2 4.9 5.5 6.2 6.9 7.5 8.2 8.9 9.5 10.2 10.8 11.5 12.1 12.7 13.4 14.0 14.6	1.333 1.334 1.335 1.336 1.337 1.338 1.339 1.340 1.341 1.342 1.343 1.344 1.345 1.346 1.347 1.348 1.349 1.350 1.351 1.352 1.353 1.354 1.355	15.3 15.9 16.5 17.1 17.7 18.3 18.9 19.5 20.1 20.7 21.3 21.9 22.5 23.1 23.7 24.3 24.8 25.4 26.0 26.6 27.1 27.7 28.3	1.356 1.357 1.358 1.359 1.360 1.361 1.362 1.363 1.364 1.365 1.366 1.367 1.368 1.369 1.370 1.371 1.372 1.373 1.374 1.375 1.376 1.377 1.378	28.9 29.4 30.0 30.5 31.1 31.6 32.2 32.7 33.3 33.9 34.4 34.9 35.5 36.0 36.6 37.1 37.6 38.1 38.6 39.1 40.2 40.7	1.379 1.380 1.381 1.382 1.383 1.384 1.385 1.386 1.387 1.388 1.389 1.390 1.391 1.392 1.393 1.394 1.395 1.396 1.397 1.398 1.399 1.401

Таблица 2.

Показатель преломления и концентрация раствора сахара жидкостей

Название жидкости	№ изм.	Показат. преломл.n	Концентр.раствора С, %	n	E= *100%	Nист.
Дистиллир. вода	1. 2. 3.
Сред
раствор	1. 2. 3.
Сред

IV. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Сформулируйте законы отражения и преломления света.

2. Что называется абсолютным и относительным показателями преломления?

3. Какая среда называется оптически однородной?

4. Какой угол называется предельным углом падения?

5. Объясните полное внутреннее отражение.

6. Нарисуйте ход лучей в рефрактометре.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 21

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНОГО ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ И ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить законы геометрической оптики и определить главное фокусное расстояние и оптическую силу собирающей линзы.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: оптическая скамья, собирающая линза, экран, осветитель ОИ-19 с матовым стеклом, предмет (стрелка), штангенциркуль.

I. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Линза является основной деталью оптических приборов (зрительной трубы, микроскопа, фотоаппарата, бинокля и др.). Линзы для видимого света изготавливают из стекла, для ультрафиолетового излучения – из кварца, для инфракрасного – из каменной соли.

Линзой называется тело с определенным показателем преломления, ограниченное двумя сферическими (иногда цилиндрическими) поверхностями, одна из которых может быть плоской.

На рис.1. изображены поперечные сечения двояковыпуклой (а) и двояковогнутой (б) сферических линз (R₁, R₂, R₃ – радиусы кривизны поверхностей линз).

Рис.1

Сферическими (выпуклыми) называются линзы, превращающие падающий на них пучок параллельных лучей в пучок сходящихся лучей. У таких линз середина толще краев.

Рассеивающими (вогнутыми) называются линзы, превращающие пучок параллельных лучей в пучок расходящихся лучей. У таких линз края толще середины. Схематическое изображение собирающих (а) и рассеивающих (б) линз приведено на рис. 2

Линзы бывают тонкие и толстые. Тонкой называется линза, толщина которой мала по сравнению с радиусами кривизны линзы. Мы будем рассматривать только тонкие линзы. У такой линзы (рис.3) имеется точка 0, обладающая тем свойством, что проходящие через нее лучи не изменяют своего направления.

Точка 0 называется оптическим центром линзы.

Плоскость ММ ^/ , перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через оптический центр, называется главной плоскостью линзы: прямая SS ^/ , проходящая через центры кривизны О₁ и О₂ поверхностей, образующий линзу, называется главной оптической осью линзы (рис. 1, 3).

Прямая, РР ^/ , проходящая через оптический центр под углом к главной оптической оси, называется побочной оптической осью.

Луч, идущий вдоль оптической оси (главной или побочной), называется центральным.

Главным фокусом линзы называется точка, в которой пересекаются после преломления в линзе лучи, падающие на нее параллельно главной оптической оси (рис. – точки F₁ и F₂).

Расстояние главного фокуса от оптического центра линзы ( и ₂) называется главным фокусным расстоянием.

Для собирающих линз фокусное расстояние величина положительная, для рассеивающих отрицательная. Фокусы у собирающей линзы – действительное, у рассеивающей – мнимые.

Плоскости Q₁ и Q₂, проходящие через фокусы перпендикулярно главной оптической оси, называются фокальными плоскостями линзы. В каждой линзе имеются два фокуса, лежащие по обе стороны ее /передний и задний/.

Лучи, падающие на линзу L параллельно побочной оптической оси PP^΄, сходятся после преломления в точке К, лежащей в фокальной плоскости Q (рис.4).

Рис.4

Общая формула тонкой линзы имеет вид:

где -расстояние от предмета до линзы,

-расстояние от изображения предмета до линзы,

-относительный показатель преломления вещества, из которого изготовлена линза .

R₁ и R₂ – радиусы кривизны поверхностей линзы.

Тогда фокусное расстояние для линзы:

, (2)

Учитывая (2), формулу линзы можно представить в виде:

(3)

Формула (3) остается справедливой и для рассеивающей линзы, только расстояния f и в следует считать отрицательными:

(3)

Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической слой линзы:

Д = (4)

Единица измерения оптической силы – диоптрия (дп).

1 дп – есть оптическая сила линзы с фокусным расстоянием в 1м.

Радиусы кривизны считаются положительными для собирающей линзы и отрицательными для рассеивающей. Следовательно, оптическая сила рассеивающей линзы меньше нуля (Д<0), а для собирающей – больше нуля (Д>0).

Для построения изображений, получаемых с помощью собирающей линзы мы будем пользоваться тремя видами удобных лучей. Как было показано ранее, параллельные главной оптической оси, преломившись в линзе, проходят через ее фокус. Из обратимости хода лучей следует, что лучи, идущие к линзе через ее фокус, после преломления, пойдут параллельно главной оптической оси. Наконец, лучи, проходящие через оптический центр линзы, не меняют своего направления. Они лишь испытывают параллельное смещение, которое в случае тонкой линзы невелико, и им можно пренебречь.

Пример построения изображения в собирающей линзе изображен на рис. 5.

Линейный размер n изображения определяется по линейному размеру m предмета из следующего соотношения ( рис. ).

(5)

Линейное увеличение, даваемое тонкой линзой можно подсчитать по формуле:

(6)

II. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

На расположенной горизонтально оптической скамье А перемещаются на ползушках линза L, экран Э и осветитель S (рис.6).

В качестве источника света используется осветитель ОИ-19 (лампа накаливания 8 В, 20 Вт). Лампа питается от блока питания БП.

При работе необходимо, чтобы середины предмета, линзы и экрана лежали на одной прямой, параллельной длине оптической скамьи. Плоскость экрана нужно установить перпендикулярно к длине оптической скамьи, а ось линзы – параллельно.

Оптическая схема осветителя состоит из лампы накаливания, двухлинзового коллектора, диафрагмы и матового стекла М, на котором тушью нанесена сетка или стрелка (предмет). В качестве предмета можно вырезать стрелку в картоне или другом непрозрачном материале вместо матового стекла.

III. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Включите осветитель в сеть и установите требуемую яркость лампы.

2. Поместите экран на достаточно большом расстоянии от предмета.

3. Перемещайте линзу L до тех пор, пока не получите на экране отчетливое изображение предмета (стрелки).

4. Отсчитайте величины а и в по шкале скамьи (или линейкой).

5. Меняя положение ползушки с экраном, подберите вновь соответствующе положение линзы. Измерение повторите не менее трех раз.

6. Вычислите фокусное расстояние линзы по формуле

для каждого отдельного измерения и из полученных результатов найдите среднее значение f _ср.

7. Определите оптическую силу линзы по формуле (4).-

8. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу 1.

9. Сделайте выводы.

Таблица 1

Определение главного фокусного расстояния и оптической

силы линзы

№№ пп	а,см	в, см	f, см	, см		f=fср±Δfсм	Д., дп
1. 2. 3.
Сред

IV. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое линзы?

2. Дайте определение фокусного расстояния линзы, оптической оси, оптического центра, оптической силы линзы.

3. Нарисуйте ход лучей в собирающей линзы, если предмет находится в фокусе, за фокусом и перед фокусом.

4. Запишите формулу линзы и поясните ее.

ЛАБОРАТОРНАЯ РБОТА № 22

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ТЕЛ МИКРОСКОПОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с конструкцией микроскопа, научиться настраивать и определять увеличение микроскопа и измерять размеры малых тел.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: микроскоп, осветитель СИ-19, микрометра окулярный винтовой МОВ 1-15^х, измеряемые тела, объект – микрометр проходящего света ОМП, препаратоводитель.

I. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Микроскоп представляет собой оптическую систему, состоящую из линз: короткофокусной (собирающей линзы) – объектива О₁ с фокусным расстоянием f_об и длиннофокусной (собирающей линзы) – окуляра О₂ с фокусным расстоянием f_ок (рис.1)

Рис.1

Предмет АВ помещается на предметный столик микроскопа на расстоянии, немного большем f_об . Объектив дает действительное, увеличенное и перевернутое изображение А^/ В^/, которое оказывается между окуляром и f_ок. Оно рассматривается в окуляр как в лупу. В результате получается мнимое, увеличенное и перевернутое (относительно предмета) изображение А^// В^//, находящееся от окуляра на расстоянии L. Это расстояние ясного зрения (для нормального глаза L=25 см).

Изображение А^/ В^/ в микроскопе находится очень близко к главному фокусу окуляра, а фокусное расстояние объектива очень мало. Ввиду этого с достаточной точностью можно считать l равным расстоянию между верхним фокусом объектива и нижним фокусом окуляра. Это расстояние называется оптической длиной тубуса микроскопа (обычно l = 16 см).

Увеличение микроскопа слагается из увеличения объектива и окуляра. Учитывая формулу линейного увеличения линзы, получим приближенные выражения объектива Υ_об и окуляра Y_ок :

; Y_ок=

Линейное увеличение микроскопа равно:

N = Y_об*Y_ок =

Объективы обычных микроскопов имеют увеличение от 8^х до 90^х , а окуляры от 7^х до 15^х . Поэтому общее увеличение микроскопов лежит в пределах от 56^х до1350^х. Можно изготовить микроскопы, увеличивающие предмет в несколько тысяч раз. Однако полезное увеличение микроскопа определяется разрешающей способностью микроскопа.

Наименьшее расстояние, при котором две точки предмета еще можно видеть раздельно, называют разрешаемым расстоянием.

Разрешающую способность оптического прибора принято измерять величиной, обратной разрешаемому расстоянию.

Разрешаемое расстояние микроскопа выражается формулой:

где n – показатель преломления среды, находящейся между предметом и объективом.

- длина волны света,

u – апертурный угол.

Произведение n*sin называется ч и с л о в о й апертурой, которая для микроскопа имеет порядок единицы. Если предмет помещен в иммерсионную жидкость (глицерин с n = 1,47; кедровое масло с n = 1,52) числовая апертура может быть увеличена и станет больше единицы.

II. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Микроскоп – оптический прибор, служащий для получения увеличенных изображений.

Микроскоп состоит из двух частей: механической и оптической. Механическая часть (рис.2) состоит из основания А, колонки тубусодержателя В, тубуса Т, кремальеры с ведущим барашковым колесиком Д. тубус перемещается вдоль оси микроскопа при помощи зубчатой рейки колесиком Д. и микрометрическим винтом М, обеспечивающий грубую и точную подачу тубуса для наводки на резкость изображения. Для удобства наблюдений тубусодержатель может поворачиваться до горизонтального положения вокруг оси О. На предметном столике П с помощью зажима З закрепляются исследуемые объекты (препараты). В центре предметного столика имеется круглое отверстие. Часто на предметном столике укрепляют препаратоводитель.

Рис.2.

Барабан микроскопического винта М имеет 50 делений. При повороте на одно деление тубус перемещается на 0,002 мм, что и указано на барабане. Шаг винта Л = 0,002*50 = 0,1 мм.

Оптическая часть состоит из объектива О_об , окуляра О_ок и зеркала S.

Предметы, изучаемые под микроскопом, обычно прозрачные и освещаются пропускаемым через них светом. Свет направляется с помощью плоского зеркала, дающего рассеянный свет, или вогнутого, концентрирующего на объективе большое количество света.

Винтовой окулярный микрометр МОВ 1-15^х состоит (рис.3) из кожуха 3, основания 4 с хомутом, который надевается на тубус микроскопа вместо окуляра и закрепляется винтом 5; из окуляра 6 с диоптрийным механизмом и отсчетного приспособления, состоящего из микрометрического винта, который перемещается с помощью отсчетного барабана 1.

Рис.3.

В фокальной плоскости винтового окулярного микрометра расположены неподвижная шкала с делениями от 0 до 8 мм и подвижные перекрестия и индекс ( в виде биштриха) – см. рис. 4.

Неподвижная шкала нанесена на пластинке, а подвижные - перекрестие и индекс – на другой пластинке. При вращении микрометрического винта 1 (рис.3), перекрестие и биштрих перемещаются в поле зрения окуляра относительно неподвижной шкалы. Полный оборот винта (шаг винта) равен 1 мм: при повороте винта 1 за накатанную часть барабана на один оборот биштрих и перекрестие в поле зрения окуляра переместятся на одно деление шкалы (неподвижной). Следовательно, неподвижная шкала в поле зрения служит для отсчета полных оборотов барабана винта, т.е. целых миллиметров.

Барабан по окружности разделен на 100 частей, следовательно одно деление барабана равно 0,01 мм и шкала барабана служит для отсчета сотых долей миллиметра.

Полный отсчет по шкале окулярного микрометра складывается из отсчета по неподвижной шкале (целые миллиметра) и отсчета по барабану винта (сотые доли миллиметра). Отсчет по неподвижной шкале снимается с помощью биштриха, считая от нулевого деления шкалы. За целые миллиметры принимается то деление шкалы, на котором расположен биштрих или то деление, которое находится слева от биштриха – если биштрих расположен между делениями.

Отсчет по барабану микрометрического винта производится так же, как и на обычном микрометре: то есть снимается то деление шкалы барабана, которое находится точно против индекса 2 (индекс нанесен на неподвижном цилиндре микрометра).

ПРИМЕР:

Биштрих в поле зрения расположен между делениями «3» и «4» неподвижной шкалы, а по барабану против индекса находится деление 45.

Т.к. биштрих не дошел до деления «4», то отсчет целых миллиметров будет равен 3 мм. А т.к. цена деления барабана равна 0,01 мм, то отсчет по барабану будет 0,01 * 45 = 0,45 мм, следовательно, полный отсчет равен 3 мм + 0,45 = 3,45 мм.

III. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ПРИМЕЧАНИЕ: Наденьте винтовой окулярный микрометр на тубус микроскопа до упора, разверните для получения требуемого рабочего положения перекрестия и закрепите винтом 5 (рис.3).

ЗАДАНИЕ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ ОБЪЕКТИВА

Для определения линейного увеличения объектива микроскопа с помощью окулярного микрометра в качестве объекта применяется объект-микрометр.

Объект-микрометр представляет собой металлическую пластинку, в круглое окошечко которой вставлена стеклянная пластинка с короткой шкалой. Цена деления шкалы 0,01 мм.

1. Установите на столик микроскопа с помощью препаратоводителя объект-микрометр.

2. Установите на резкость изображения перекрестия и шкалы окулярного микрометра с помощью окуляра 6, вращая его за накатанную часть (рис. ).

3. Перемещая тубус микроскопа с помощью кремальерного винта вверх или вниз, сфокусировать на резкость так, чтобы появилось четкое изображение шкалы объект-микрометра (рис.5)

4. Перемещая объект-микрометр по столику микроскопа с помощью препаратоводителя, установите его так, чтобы вся шкала была видна в поле зрения окуляра. Затем, повернув осторожно окулярный винтовой микрометр, предварительно ослабив винт 5 (рис.3), установите обе шкалы параллельно (рис. ).

5. Вращение барабана по часовой стрелке подведите центр перекрестия на изображение какого-либо штриха шкалы объект-микрометра и произведите отсчет n₁ по шкалам окулярного микрометра.

6. Наблюдая в окуляр, вращением барабана переместите перекрестие на несколько делений шкалы объект-микрометра (при этом посчитав число делений – Z), сделайте второй отсчет n₂ .

7. Опыт повторите 3 раза с разным значением числа делений (Z=5, 10, 15, 20) шкалы объект-микрометра.

8. Вычислите увеличение объектива по формуле:

где n₂ – n₁ – разность двух отсчетов по шкалам окулярного микрометра,

Z – число делений объективного микрометра, взятых между отсчетами n₂ – n₁ ,

а - цена деления шкалы объект-микрометра, равная 0,01 мм.

9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 1.

Таблица 1.

Определение увеличения микроскопа

№№ пп	Число делен. шкалы об.мик.   Z	Отсчет по шкале окуляр. микрометра, мм	Увелич. объектива   Yоб	Абсолютная погрешность Yоб	Относительная погрешность E= 100%	Истинное значение увеличения объектива Yист.
n1	n2
1. 2. 3.
Сред

ЗАДАНИЕ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ТЕЛ

1. Установите на столик микроскопа исследуемый объект (препарат с волосом).

2. Сфокусируйте тубус микроскопа так, чтобы появилось четкое изображение волоса (предмета), затем установите это изображение параллельно линиям биштриха.

3. Наблюдая в окуляр, вращением барабана подведите центр перекрестия до совмещения с левым краем изображения предмета и по шкалам микрометра снимите отсчет m₁ .

4. Подведите перекрестие до совмещения с правым краем объекта (предмета) и снимите отсчет m₂ .

5. Опыт повторите три раза, снимая отсчеты в различных точках по длине волоса, для чего передвиньте его с помощью препаратоводителя.

6. Результаты измерений запишите в табл. 2.

7. Вычислите размер волоса для каждой пары замеров (отсчетов) по формуле:

где m₂ – m₁ – разность отсчетов по окулярному микрометру (при измерении толщины волоса),

Y_об – среднее увеличение объектива.

8. Сделайте выводы.

Таблица 2

Определение размера тела

№№ пп	Отсчет по шкале окулярного микрометра, мм	Размер тела d	Абсолют. Погрешность   , мкм	Относит. Погрешность	Истинное значение размера тела, мм   dист =d±
m1	m2	мм	мкм
1. 2. 3.
сред

IV. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Нарисуйте ход лучей в микроскопе.

2. Назовите основные части микроскопа.

3. Чем определяется увеличение микроскопа.

4. Что такое разрешаемое расстояние и разрешающая способность микроскопа.

5. Что такое числовая апертура? Для чего используется иммерсионная жидкость?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 23

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ ПРИ ПОМОЩИ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить дифракционный метод определения длины световой волны.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ : установка для определения длины световой волны, осветитель, дифракционная решетка.

I. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Дифракцией света называют отклонение световых волн от прямолинейного распространения.

Она имеет место при прохождении света через малые отверстия или в тех случаях, когда на пути находятся малые непрозрачные препятствия.

Отчетливая картина дифракционная наблюдается тогда, когда на пути распространения света находятся очень мелкие отверстия и препятствия размеров порядка длины световой волны.

Согласно принципа Гюйгенса-Френеля, точки среды, которых достигла в данный момент волна, можно рассматривать как источники образования вторичных (элементарных) волн. Огибающая поверхность вторичных волн будет новым положением волновой поверхности. Вторичные волны когерентны и интерферируют между собой. Наложение когерентных волн (имеющих одинаковую частоту и постоянную разность фаз) создает в определенных точках среды или усилие, или ослабление колебаний. Результат интерференции в данной точке зависит от разности хода лучей (разности между расстояниями от данной точки до источников колебаний).

Если в разности хода лучей l укладывается целое число длин волн (четное число полуволн)

(1)

то будет максимум света.

Если в разности хода лучей укладывается нечетное число полуволн:

(2)

то будет минимум света, (здесь - длина волны, n – 0,1,2,3, ...).

Рассмотрим два случая дифракции Фраунгофера (дифракция плоских волн) : дифракцию от узкой щели и дифракцию от двух и многих параллельных шелей.

А. ДИФРАКЦИЯ ОТ УЗКОЙ ЩЕЛИ

Пусть на экран В с узкой прямоугольной щелью падает пучок параллельных монохроматических лучей нормально к экрану (рис.1).

В данных условиях все точки фронта АВ внутри щели являются центрами когерентных вторичных волн. Лучи, соответствующие этим волнам, отклоняются под различными углами к оси пучка. Все лучи проходящие через щель в первоначальном направлении, собираются линзой в одну точку 0 экрана Э. Это есть нулевой максимум наибольшей яркости. Следует учесть, что линза не вносит дополнительной разности хода между лучами. Поэтому параллельные лучи, собранные линзой в точке сохраняют ту оптическую разность хода, которую они имели до прохождения через линзу.

Параллельные лучи, отклонившиеся во всех точках щели под углом дифракции , с помощью линзы L собираются в точке О₁ экрана Э, помещенного в ее фокальной плоскости, и при этом интерферируют между собой.

Из точки А спустим перпендикуляр АС на луч, исходящий из точки В. Обозначим разность хода между крайними лучами пучка, собирающегося в точке О₁ , через l . Очевидно:

где a – ширина щели.

Разделим фронт волны в щели на зоны (зоны Френеля), так, чтобы разность хода между крайними лучами зоне равнялась половине длины волны При данной ширине «а» щели число таких зон зависит от длины волны и от угла наклона лучей, тогда число зон будет:

(3)

В зависимости от соотношения между a , и число зон может быть четным или нечетным.

В каждой из двух соседних зон имеются симметрично расположенные лучи с разностью хода , которые фокусируясь в точке О₁ и интерферируя между собой, взаимно гасятся. В результате через О₁ пройдет темная полоса – дифракционный минимум. Очевидно, что такой же дифракционный минимум пройдет через точку О₁, симметричную точке О₁.

Если при другом угле дифракции φ₁ лучей на ширине щели укладывается нечетное число зон, например три зоны Френеля, то лучи зон I и II погасят друг друга, а третья зона остается непогашенной и дает дифракционный максимум, проходящий через точки О₂ и О^/₂, но значительно менее яркий, чем нулевой максимум.

Направления (угол φ) на максимумы определяется условием:

, (4)

Направление на минимум определяется условием:

, (5)

Освещенность максимумов уменьшается при увеличении угла дифракции лучей (рис. 1,б).

Дифракционная картина, получаемая от одной щели, представляет собой чередование темных и светлых полос, симметрично расположенных по обе стороны от центральной светлой полосы.

Освещенность светлых полос быстро убывает по мере удаления от центральной полосы.