ВВЕДЕНИЕ. Цель:моделирование оптических приборов, состоящих из системы двух линз, и определения их углового и линейного увеличения.

Р а б о т а 305

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ УВЕЛИЧЕНИЯ

Цель: моделирование оптических приборов, состоящих из системы двух линз, и определения их углового и линейного увеличения.

ВВЕДЕНИЕ

Перед ознакомлением с данной лабораторной работой следует изучить описание к Р а б о т е 3, в котором приведены основные определения из курса геометрической оптики и свойства линзовой системы.

В настоящей лабораторной работе производится моделирование оптического прибора, состоящего из системы двух линз – объектива и окуляра. Объектив – это положительная линза, обращенная к объекту наблюдения и создающая действительное промежуточное изображение предмета, которое рассматривается глазом через окуляр . Это изображение находится практически в фокальной плоскости объектива.

Моделирование зрительной трубы. В астрономической зрительной трубе, состоящей из двух собирающих линз, задний фокус объектива совпадает с передним фокусом окуляра, так как с её помощью наблюдают удаленные предметы, и глаз человека аккомодирован на бесконечность. Такое расположение линз обеспечивает телескопический ход лучей в астрономической зрительной трубе, когда входящий и выходящий пучок лучей является параллельным.

Если положительный окуляр заменить отрицательным (рассеивающая линза), получил галилееву зрительную трубу и изображение предмета, даваемое этим окуляром, окажется мнимым. Достоинством галилеевой трубы является то, что она дает прямое изображение предмета.

Моделирование микроскопа. При моделировании микроскопа используются две положительные линзы. Рассмотрим ход лучей в микроскопе.

Исследуемый предмет находится вблизи переднего фокуса окуляра (второй линзы), а промежуточное изображение находится за фокальной плоскостью. Объектив создает действительное перевернутое увеличенное изображение .

Для угла , под которым видно изображение , справедливо соотношение (1):

(1),

где - линейный размер промежуточного изображения, – размер предмета, – расстояние от объектива до предмета, – расстояние от объектива до промежуточного изображения, – фокусное расстояние окуляра.

Для угла падения тангенс угла зрения равен (2):

(2),

где – расстояние наилучшего зрения нормального глаза, .

Таким образом, увеличение микроскопа Г может быть рассчитано по формуле (3), если известны фокусные расстояния используемых линз:

(3),

где – оптическая длина тубуса микроскопа (для отечественных микроскопов ), постоянное расстояние между линзами микроскопа и передним фокусом окуляра.

Формулу (3) можно получить другим путем, если – оптическая длина тубуса (расстояние между фокальными точками и ), и – фокусные расстояния объектива и окуляра соответственно, , то – увеличение объектива и – увеличение окуляра (как у лупы), то общее увеличение микроскопа есть:

().

Промежуточное положение изображения, получающееся между окуляром и объективом, зависит от аккомодации глаза наблюдателя. Для моделируемых оптических систем, изучаемых в данной работе, исходим из условия, что наблюдаемый ход лучей основан на предположении аккомодации глаза на бесконечность. В реальных оптических приборах необходимо учитывать различия в области аккомодации нормального человеческого глаза у различных людей, что достигается в зрительных трудах с возможностью перемещения окуляра, а в микроскопе – всей оптической системы относительно предмета.