Оптическая физика Определение фокусных (стр. 5 из 10)
3. Телескоп. Микроскоп употребляется для рассматривания очень малых близко расположенных предметов. Однако микроскоп не пригоден для рассмотрения удаленных предметов. В этом случае изображение получается между фокусным и двойным фокусным расстоянием. Поэтому оно оказывается сильно уменьшенным. Причем это уменьшение тем значительнее, чем короче фокусное расстояние объектива.
Отсюда следует, что для рассматривания удаленных предметов нужно брать объектив с возможно большим фокусным расстоянием, т.е. оптическая схема прибора для наблюдения удаленных объектов (телескопа) должна включать длиннофокусный объектив L 1 и окуляр (рис.7). Объектив дает вблизи своей второй фокальной плоскости действительное обратное изображение А'В' удаленного предмета АВ (на рисунке не показан). Ввиду того, что предмет удален на большое расстояние, каждая его точка посылает на объектив практически параллельный пучок лучей.
Рисунок 7 – Принципиальная оптическая схема и ход лучей в телескопе.
Буквами А обозначены лучи, идущие от края предмета А, а буквами В –лучи, идущие от края В. Лучи, параллельные оптической оси, идут от середины предмета, расположенной на оптической оси. Лучи, идущие от крайних точек предмета, образуют угол
, под которым, следовательно, и виден предмет из центра объектива. Величина этого угла практически равна: 
, (15)где -
- второе фокусное расстояние объектива.Окуляр
дает мнимое изображение 
. Нас интересует в данном случае его угловая величина 
. Из чертежа видно, что она приблизительно равна: 
, (16)где – f 2 - первое фокусное расстояние окуляра. Угловое увеличение, которое дает телескоп, будет равно
, (17)т.е. оно равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра. Следовательно, увеличение телескопа тем больше, чем больше фокусное расстояние объектива и меньше фокусное расстояние окуляра. Изображенный на рис.7 телескоп, дает перевернутое изображение. Если необходимо получить прямое изображение, то, кроме объектива и окуляра, в телескопе должна быть оборачивающая система, которая может быть как линзовой, так и призменной.
Телескопы находят широкое применение в астрономии для наблюдения Солнца, Луны, звезд, туманностей и других объектов.
Описание экспериментальной установки
Внешний вид и схема устройства микроскопа изображены на рис.8. Оптическая система микроскопа делится на две части; осветительную и наблюдательную. Осветительная часть состоит из подвижного зеркала 1, служащего для направления лучей от осветителя на рассматриваемый объект, конденсора 2, образующего на объекте сходящийся пучок света; съемного светофильтра 4 и укрепленной на конденсоре апертурной диафрагмы 3, служащей для регулировки освещенности объекта. Наблюдательная часть состоит из объектива 5, окуляра 7 и призмы 6, которая служит для направления вертикальных лучей, прошедших объектив, в наклонный тубус. Объектив представляет собой систему линз, собранных в единой оправе. Передняя линза служит для увеличения, остальные же предназначены для исправления недостатков изображения, создаваемых передней линзой. Окуляр микроскопа обычно состоит из двух линз: верхней - глазной и нижней - собирающей, необходимой для того, чтобы все лучи, прошедшие через объектив, попали в глазную линзу окуляра. Микроскоп имеет три объектива, дающих различное увеличение, которые закреплены в револьвере 11, и три сменных окуляра.
Механическая система микроскопа состоит из массивного основания 8, тубуса держателя, коробки с микрометрическим механизмом 9 для перемещения тубуса и предметного столика 10, на котором укреплены пружины, прижимающие препарат к предметному столику.
Рисунок 8 – Внешний вид и устройство оптического микроскопа.
Выполнение работы
Целью данной работы является определение увеличения микроскопа и его оптической длины трубы. Из формулы (14) следует, что увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива N 1 и увеличения окуляра N 2:
, (18)здесь
- длина тубуса микроскопа, равная 
, (19)где n - показатель преломления, L - оптическая длина, равная расстоянию между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра. Для воздуха n = 1, и длина тубуса совпадает с оптической длиной
, т.е. формула (18) перепишется в виде 
. (20)Из этой формулы можно определить оптическую длину трубы микроскопа, исключив фокусные расстояния
и 
, которые неизвестны. Для этого необходимо дважды измерить увеличение микроскопа, изменив длину тубуса на 
. Увеличение микроскопа при первом измерении (при длине тубуса L ) определится формулой (20); при втором (при длине тубуса ( L + L )) - формулой (21). 
. (21)Взяв отношение N к N 1, получим
. (22)Зная N и N 1, можно определить оптическую длину трубы микроскопа:
. (23)Формула (20) неудобна для определения увеличения микроскопа, т.к. в нее входят величины, которые не могут быть определены непосредственными измерениями.
Для нахождения увеличения микроскопа можно воспользоваться методом сравнения двух линеек. Пусть
- цена деления одной линейки, 
-цена деления второй линейки. Если совместить эти линейки, одну из которых рассматривать в микроскоп, а вторую - невооруженным глазом, то n 1 делений одной линейки покроются n 2 делениями второй. Тогда можно записать равенство 
. (24)А формула для определения увеличения микроскопа будет иметь вид
. (25)Определение увеличения микроскопа
Для определения увеличения микроскопа нужно:
1. Взять "объективную" шкалу, положить ее на столик микроскопа и с помощью микрометрического винта добиться отчетливого видения не менее 2-3-х штрихов в поле зрения микроскопа.
2. Включив выпрямитель, осветить масштабную линейку, находящуюся на расстоянии 25 см от глаза.
3. Для совмещения двух шкал используют зеркальную насадку, представляющую собой зеркальце, укрепленное под углом 45° к оси микроскопа, в середине которого есть узкая прозрачная полоска, освобожденная от амальгамы. Поместить зеркальную насадку на окуляр микроскопа; при этом штрихи "объективной" линейки будут видны в прорезь насадки, а штрихи масштабной линейки отразятся в ее зеркальной части. Изображения обеих шкал окажутся в одной плоскости.
4. Добиться (путем перемещения объективной шкалы на столике микроскопа) совмещения обеих шкал и взаимной параллельности их линий. Подсчитать сколько делений масштабной линейки n 2 находится сначала в одном, затем в двух и трех делениях объективной линейки n 1 .
5. Зная цены делений линеек (
- масштабная линейка; 
- объективная линейка), а также n 2 и n 1, по формуле (25) определить увеличение микроскопа.6. Определить среднюю величину увеличения микроскопа и посчитать ошибки измерений.
Определение оптической длины трубы микроскопа.
1. Выдвинуть окуляр на
2-3 см, закрепить его и линейкой измерить увеличение оптической длины трубы при выдвижении окуляра .2. Тем же способом, что и в 1 части работы, определить увеличение микроскопа N 1, которое будет отлично от N .
3. По формуле (23), зная
и средние значения увеличения микроскопа в первом N и во втором случаях N 1, определить оптическую длину трубы микроскопа. L .КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем состоит физический смысл понятия оптической силы линзы?