Капельный микроскоп

1.

Команда - MPEI Physics
подготовлена при учебно-методической поддержке
Московского энергетического института (НИУ «МЭИ»)
Капельный микроскоп
Короткин Михаил Николаевич
ученик 10 класса школы 498

2.

Содержание:
1. Описание работы
2. Задачи работы
3. Эксперимент
4. Объекты исследования

3.

Описание
Если разместить каплю воды на стеклянной
поверхности, то она будет вести себя подобно
оптической системе. Это связано с тем, что капля
воды выступает в роли собирающей линзы. При
помощи такой линзы можно увидеть увеличенное
изображение различных предметов.
Задачи
Рассмотреть каплю воды в качестве
оптической системы.
Исследовать увеличение.
Исследовать разрешающую способность.
1

4.

Эксперимент
Оборудование:
Штангенциркуль
Предмет
2 предметных стекла
Емкость с водой
Медицинский шприц
Основание установки
Зеркальце из фольги
Капля воды
Фонарик
2

5.

Экспериментальная установка
Ход работы:
1. При помощи медицинского шприца создать каплю воды на
поверхности стекла.
2. Провести измерения толщины капли 5 раз и посчитать ее среднее
значение вместе с абсолютной погрешностью.
3. Провести измерения диаметра капли 5 раз и посчитать ее среднее
значение вместе с абсолютной погрешностью.
4. Разместить предмет, высотой h=2 мм в установке.
5. Рассмотреть предмет через каплю
6. Наблюдать изображение предмета
3

6.

Измерение толщины капли
№
измерени
я
1
2
3
4
5
Среднее
значение
Результаты измерения
толщины h1 капли воды,
[мм]
0,98
0,95
1,02
0,99
1,02
0,992
Рассчитаем абсолютную погрешность:
Рассчитаем случайную погрешность прямо измеряемой величины по
формуле Стьюдента:
= 0,0024 мм
Инструментальная погрешность штангенциркуля: 0,02 мм
= 0,020 мм
Полученное значение толщины капли:
h1=0,992±0,020 мм
4

7.

Измерение диаметра капли
№
Рассчитаем случайную погрешность прямо измеряемой величины по
Результаты измерения
измерен диаметра d капли воды, [мм] формуле Стьюдента:
ия
1
6,49
2
6,5
= 0,0005 мм
3
6,47
4
6,54
5
6,53
Среднее
6,506
Инструментальная погрешность штангенциркуля: 0,02 мм
значение
Рассчитаем абсолютную погрешность:
= 0,020 мм
Полученное значение толщины капли:
d=6,506±0,020 мм
5

8.

Объект
исследования 1
Увеличение
Капля воды представляет собой собирающую
плоско-выпуклую линзу. Собирающие линзы
преобразуют параллельный пучок лучей в
сходящийся.
6

9.

Увеличение
Из за особенности формы такой
линзы, свет, попадающий на края,
изгибается сильнее, чем в центре.
Свет, отраженный от
предмета, преломляется
каплей воды.
Наш глаз видит это так, как
если бы это был более
крупный предмет.
7

10.

Увеличение
Разобьем линзу на два равных участка
Каждый из участков можно представлять, как треугольную призму.
R – радиус кривизны
О1 – центр
кривизны
О – центр линзы
Луч 1 пройдет не преломившись, так как будет падать
перпендикулярно на плоскопараллельную пластину.
О1О– главная
оптическая ось
8

11.

Увеличение
α
F – главный фокус линзы – точка на главной оптической оси в которой
пересекаются лучи, падающие параллельно главной оптической оси.
OF – фокусное расстояние
h – высота предмета
Луч 2, падая на вторую границу призмы, имеющую
преломляющий угол α, преломляется на угол δ = α(n-1), где n относительный показатель преломления.
9

12.

Увеличение
h1
α
d
Найдем угол α:
h1 – высота линзы
tg α =
h1
d/2
Так как угол α малый, то tg α ≈ α
Значит α ≈
h1
d/2
≈
0,000992
0,006506/2
≈ 0,3
10

13.

Увеличение
Найдем R – радиус кривизны поверхности:
h
Из треугольника АОО1: sin α = , так как угол
R
α малый то: α = sin α =
Отсюда: R =
h
α
=
0.002
0,3
h
R
= 0,4
≈ 0,0066 м
11

14.

Увеличение
Рассчитаем фокусное расстояние
Формула фокусного расстояния плоско-выпуклой линзы:
1 1
(n 1)
F R
Берем относительный показатель преломления того материала, из
которого изготовлена линза. В нашем случае линза изготовлена из воды.
n воды = 1,333
Из формулы плоско выпуклой линзы находим фокусное расстояние:
F=
R
(n−1)
=
0,0066
(1,333−1)
= 0,019 м
12

15.

Увеличение
Формула тонкой линзы:
1
1
1
+ =