Co můžete vidět s lupou?

Jak víme z předchozího tématu, pro podrobnější pohled na objekt je potřeba zvětšit úhel pohledu. Pak bude obraz předmětu na sítnici větší, a to povede k podráždění většího počtu nervových zakončení zrakového nervu; Do mozku bude posláno více vizuálních informací a my budeme moci vidět nové detaily daného objektu.

Proč je úhel pohledu malý? Jsou pro to dva důvody: 1) samotný objekt je malých rozměrů; 2) objekt, i když je rozměrově poměrně velký, se nachází daleko.

Optické přístroje – Jedná se o zařízení pro zvětšení úhlu záběru. Pro zkoumání malých předmětů se používá lupa a mikroskop. Pozorovací dalekohledy (stejně jako dalekohledy, teleskopy atd.) slouží k pozorování vzdálených objektů.

Pouhé oko.

Začneme pohledem na drobné předměty pouhým okem. Dále je oko považováno za normální. Připomeňme, že normální oko v relaxovaném stavu zaostřuje rovnoběžný paprsek světla na sítnici a vzdálenost nejlepšího vidění pro normální oko je (d_=25) cm.

Nechť je malý předmět o velikosti (h) umístěn ve vzdálenosti nejlepšího vidění (d_) od oka (obr. 1). Na sítnici se objeví převrácený obraz předmětu, ale, jak si pamatujete, tento obraz je poté v mozkové kůře převrácen podruhé a v důsledku toho vidíme předmět normálně – ne hlavou dolů.

Rýže. 1. Zkoumání malého předmětu pouhým okem

Vzhledem k malosti objektu je malý i úhel záběru (varphi_). Připomeňme, že malý úhel (v radiánech) je téměř stejný jako jeho tečna: (varphi _approx tan varphi_). Proto:

Jestliže r vzdálenost od optického středu oka k sítnici, pak bude velikost obrazu na sítnici rovna:

Z (1) a (2) máme také:

Jak víte, průměr oka je asi 2,5 cm, takže (l/d_cca 0,1) . Z (3) tedy vyplývá, že při pozorování malého předmětu pouhým okem je obraz předmětu na sítnici přibližně 10x menší než předmět samotný.

Lupa.

Obraz předmětu na sítnici můžete zvětšit pomocí lupy.

Lupa – je to jednoduše konvergující čočka (nebo systém čoček); Ohnisková vzdálenost lupy se obvykle pohybuje od 5 do 125 mm. Do jeho ohniskové roviny se umístí předmět pozorovaný přes lupu (obr. 2). V tomto případě se paprsky vycházející z každého bodu předmětu po průchodu lupou stanou paralelními a oko je zaostří na sítnici, aniž by zažilo únavu.

Rýže. 2. Zkoumání předmětu přes lupu

Nyní, jak vidíme, úhel pohledu je roven (varphi). Je také malý a přibližně stejný jako jeho tečna:

velikost l obraz sítnice je nyní roven:

Jako na Obr. 1, červená šipka na sítnici také směřuje dolů. To znamená, že (s přihlédnutím k sekundární inverzi obrazu naším vědomím) přes lupu vidíme nepřevrácený obraz předmětu.

Zvětšovací sklo je poměr velikosti obrázku při použití lupy k velikosti obrázku při prohlížení předmětu pouhým okem:

Když zde dosadíme výrazy (6) a (3), dostaneme:

Pokud je například ohnisková vzdálenost lupy 5 cm, pak její zvětšení je (Gamma = 25/5 = 5). Při pohledu přes takovou lupu se předmět jeví pětkrát větší než při pohledu pouhým okem.
Dosadíme také vztahy (7) a (5) do vzorce (2):

Zvětšení lupy je tedy úhlové zvětšení: rovná se poměru zorného úhlu při pozorování předmětu přes lupu k zornému úhlu při pozorování tohoto předmětu pouhým okem.

Všimněte si, že zvětšení lupy je subjektivní hodnota – koneckonců hodnota (d_) ve vzorci (8) je vzdálenost nejlepšího vidění pro normální oko. V případě krátkozrakého nebo dalekozrakého oka bude vzdálenost nejlepšího vidění odpovídajícím způsobem menší nebo větší.

Ze vzorce (8) vyplývá, že čím menší je ohnisková vzdálenost, tím větší je zvětšení lupy. Zmenšení ohniskové vzdálenosti konvergující čočky je dosaženo zvětšením zakřivení refrakčních povrchů: čočka musí být konvexnější a tím se zmenšuje její velikost. Když zvětšení (Gamma) dosáhne 40–50, velikost lupy se stane několika milimetry. S ještě menší velikostí lupy bude nemožné ji použít, proto je (Gamma = 50) považováno za horní hranici zvětšení lupy.

Mikroskop.

V mnoha případech (například v biologii, medicíně atd.) je nutné pozorovat malé předměty s několikasetovým zvětšením. Lupa nestačí, a tak lidé sahají po mikroskopu.

Mikroskop obsahuje dvě sběrné čočky (nebo dva systémy takových čoček) – objektiv a okulár. Je snadné si to zapamatovat: čočka směřuje k předmětu a okulár směřuje k oku (oku).

Myšlenka mikroskopu je jednoduchá. Pozorovaný předmět je mezi ohniskem a dvojitým ohniskem čočky, takže čočka vytváří zvětšený (skutečně převrácený) obraz předmětu. Tento obraz se nachází v ohniskové rovině okuláru a je pak pozorován okulárem jako přes lupu. V důsledku toho je možné dosáhnout konečného zvýšení, které je mnohem větší než 50.

Dráhu paprsků v mikroskopu znázorňuje Obr. 3.

Rýže. 3. Dráha paprsků v mikroskopu

Označení na obrázku jsou jasná: (f_) – ohnisková vzdálenost objektivu (Ob; f_) – ohnisková vzdálenost okuláru (Ok; h) – velikost předmětu; (H) je velikost obrazu předmětu vytvořeného čočkou. Nazývá se vzdálenost (delta =F_F_) mezi ohniskovými rovinami čočky a okuláru délka optické trubice mikroskop

Upozorňujeme, že červená šipka na sítnici směřuje nahoru. Mozek jej obrátí podruhé a v důsledku toho se objekt při pozorování mikroskopem objeví vzhůru nohama. Aby k tomu nedocházelo, mikroskop používá mezičočky, které dodatečně invertují obraz.

Zvětšení mikroskopu se určuje stejným způsobem jako u lupy: (Gamma= l/l_=varphi /varphi_). Zde, jak je uvedeno výše, (l) a (varphi) jsou velikost obrazu na sítnici a úhel pohledu při pozorování objektu mikroskopem, (l_) a (varphi_) jsou stejné hodnoty při prohlížení objekt pouhým okem.

Stále máme (varphi_=h/d_) a úhel (varphi), jak je vidět z obr. 3 se rovná:

Po dělení (varphi) (varphi_) získáme pro zvětšení mikroskopu:

Toto samozřejmě není konečný vzorec: obsahuje (h) a (H) (hodnoty související s objektem), ale rád bych viděl vlastnosti mikroskopu. Zbytečný poměr (H/h) odstraníme pomocí čočkového vzorce.
Nejprve se znovu podíváme na Obr. 3 a použijte podobnost pravoúhlých trojúhelníků s červenými nohami (h) a (H):

Zde (b=f_+delta) je vzdálenost od obrazu (H) k čočce, – a – vzdálenost od objektu h do objektivu. Nyní použijeme vzorec pro čočku pro čočku:

ze kterého dostaneme:

a tento výraz dosadíme do (9):

Toto je konečný výraz pro zvětšení dané mikroskopem. Pokud je například ohnisková vzdálenost čočky (f_=1) cm, ohnisková vzdálenost okuláru je (f_=2) a optická délka tubusu je (delta =20) cm, pak podle vzorce (10)

Porovnejte to se zvětšením samotného objektivu, které se vypočítá pomocí vzorce (8):

Zvětšení mikroskopu je 10x větší!

Nyní přejdeme k objektům, které jsou poměrně velké, ale jsou od nás příliš vzdálené. Pro lepší pohled na ně se používají zaměřovací dalekohledy – dalekohledy, dalekohledy, dalekohledy atd.

Čočka dalekohledu je sbíhavá čočka (nebo systém čoček) s dostatečně velkou ohniskovou vzdáleností. Ale okulár může být buď sbíhavá nebo rozbíhavá čočka. V souladu s tím existují dva typy pozorovacích dalekohledů:

-Keplerova trubice – pokud je okulárem spojná čočka;
– Galileova trubice – pokud je okulárem divergenční čočka.

Pojďme se blíže podívat na to, jak tyto pozorovací dalekohledy fungují.

Keplerova trubice.

Princip činnosti Keplerova tubusu je velmi jednoduchý: čočka vytváří obraz vzdáleného předmětu ve své ohniskové rovině a pak je tento obraz pozorován okulárem jako přes lupu. Zadní ohnisková rovina čočky se tedy shoduje s přední ohniskovou rovinou okuláru.

Dráha paprsků v Keplerově trubici je znázorněna na Obr. 4.

Obr. 4

Objekt je vzdálená šipka (AB) směřující svisle nahoru; na obrázku to není znázorněno. Paprsek z bodu (A) jde podél hlavní optické osy čočky a okuláru. Dva paprsky vycházejí z bodu (B), který lze vzhledem ke vzdálenosti předmětu považovat za rovnoběžný.

V důsledku toho se obraz (A<>‘B<>‘) našeho objektu daný čočkou nachází v ohniskové rovině čočky a je skutečný, převrácený a zmenšený. Označme velikost obrázku (H).

Předmět je viditelný pouhým okem pod úhlem (varphi_). Podle Obr. 4:

kde (f_) je ohnisková vzdálenost čočky.

Obraz předmětu vidíme okulárem pod úhlem (varphi), který se rovná:

kde (f_) je ohnisková vzdálenost okuláru.

Zvětšení dalekohledu je poměr zorného úhlu při pozorování potrubím k zornému úhlu při pozorování pouhým okem:

Podle vzorců (12) a (11) získáme:

Pokud je například ohnisková vzdálenost objektivu 1 m a ohnisková vzdálenost okuláru 2 cm, pak se zvětšení dalekohledu bude rovnat: (Gamma = 100/2 = 50).

Dráha paprsků v Keplerově trubici je v zásadě stejná jako v mikroskopu. Obraz předmětu na sítnici bude také šipka směřující nahoru, a proto v Keplerově trubici uvidíme předmět obráceně. Aby se tomu zabránilo, jsou do prostoru mezi čočkou a okulárem umístěny speciální obalové systémy čoček nebo hranolů, které obraz opět překlopí.

Galileova trubka.

Galileo vynalezl svůj dalekohled v roce 1609 a jeho astronomické objevy šokovaly jeho současníky. Objevil satelity Jupiteru a fáze Venuše, viděl měsíční reliéf (hory, prohlubně, údolí) a skvrny na Slunci a zdánlivě pevná Mléčná dráha se ukázala jako shluk hvězd.

Okulárem Galileova dalekohledu je divergující čočka; Zadní ohnisková rovina objektivu se shoduje se zadní ohniskovou rovinou okuláru (obr. 5).

Obr. 5.

Pokud by nebyl okulár, pak by byl obraz (A<>‘B<>‘) vzdálené šipky (AB) v
ohnisková rovina čočky. Na obrázku je tento obrázek zobrazen jako tečkovaná čára – protože ve skutečnosti tam není!

Ale není tam, protože paprsky z bodu (B), které se po průchodu čočkou sbíhaly do bodu (B<>‘), nedosáhnou (B<>‘) a dopadají na okulár. Za okulárem jsou opět rovnoběžné, a proto je oko vnímá bez námahy. Nyní však vidíme obraz předmětu pod úhlem (varphi), který je větší než zorný úhel (varphi _) při pozorování předmětu pouhým okem.

a pro zvýšení Galileovy trubice dostaneme stejný vzorec (13) jako pro Keplerovu trubici:

Všimněte si, že při stejném zvětšení je Galileova trubice menší než Keplerova trubice. Proto je jedním z hlavních použití Galileovy trubky v divadelních dalekohledech.

Na rozdíl od mikroskopu a Keplerovy trubice vidíme v Galileově trubici předměty, které nejsou vzhůru nohama. Proč?

Vzdělávací: přispívat k utváření dovedností v efektivitě vzdělávací práce, jejichž potřeba je dána vysokým tempem osvojování nového materiálu.

Vybavení: lupa, světelné mikroskopy, jablko nebo rajče.

Typ lekce: lekce učení nového materiálu.

Během hodin:

1.Organizační moment.

Organizace začátku hodiny (kontrola nepřítomných, připravenost studentů na hodinu). Opakování pravidel bezpečného chování v učebně biologie.

2. Aktualizace znalostí.

Rozhovor se studenty na tyto otázky:

·Biologie je věda.

· Jaké vědy jsou součástí biologie?

· Co studuje zoologie?

· Co botanika studuje?

· Co studuje mykologie?

· Vyjmenuj říše živé přírody.

3. Učení nového materiálu:

1) Lupa. Jeho struktura.

Lupa je nejjednodušší lupa. Jedná se o skleněnou čočku z obou stran vypouklou, která je pro snadné použití vsazena do rámu s madlem. Lupy mohou být ruční (ruční lupa dokáže zvětšit předmět 2 až 20krát) a stativová (stativová lupa dokáže zvětšit předmět 10 až 20krát).

Pravidla pro práci s lupou jsou velmi jednoduchá: lupu je třeba přivést ke studovanému předmětu na vzdálenost, ve které se obraz tohoto předmětu vyjasní.

Některé buňky lze vidět pouhým okem. Například buňky buničiny melounu, jablka, rajčat. Podíváme-li se na dužinu rajčete přes lupu, uvidíme drobné bublinky – to jsou buňky. Pomocí lupy můžete vidět tvar poměrně velkých buněk, ale není možné studovat jejich strukturu.

2) Mikroskop. Historie vzniku mikroskopu. Struktura mikroskopu. Pravidla pro práci s mikroskopem.

Název “světelný mikroskop” pochází z řeckých slov “mikros” – malý a “skopeo” – pohled. Mikroskop je komplexní přístroj s několika čočkami. Mikroskopy poskytují stonásobné a dokonce tisícinásobné zvětšení. Při 200násobném zvětšení se lidský vlas jeví tlustý jako tužka a konec špendlíku tlustý jako prst.

Hlavní části světelného mikroskopu jsou okulár a čočka. Okulár se vkládá do tubusu shora a směřuje k oku pozorovatele. A čočka je přišroubována k revolveru, který je připojen ke spodní části tubusu. Okulár i čočka jsou strukturou několika čoček uzavřených v kovovém rámu. Jsou spojeny trubicí zvanou trubice. Objektiv směřuje k objektu. Pozorování se provádí přes okulár.

Trubka je připevněna ke stativu. Pomocí seřizovacích šroubů lze trubku zvedat nebo spouštět, vyjímat nebo přibližovat k danému předmětu, aby byla zajištěna nejlepší viditelnost.

Ke stativu je připevněn i stolek a pod ním je zrcadlo. Uprostřed jeviště je otvor, kterým prochází světlo. Směr a intenzita světla se nastavuje zrcadlem. Zrcadlo lze otáčet a směrovat světlo zdola nahoru otvorem ve stole, na kterém je předmět umístěn.

Chcete-li zjistit, jak moc je obraz zvětšen, vynásobíte číslo na okuláru číslem na čočce. Pokud je například číslo na okuláru 10 a čočka 20, pak bude zvětšení 200.

Předpokládá se, že holandský výrobce brýlí Hans Jansen a jeho syn Zachary Jansen vynalezli první mikroskop v roce 1590. Vynález spočíval v tom, že Zachary Jansen namontoval dvě konvexní čočky do jednoho tubusu, čímž položil základ pro vytvoření složitých mikroskopů.

Anton Van Leeuwenhoek je považován za prvního, kdo přitáhl pozornost biologů k mikroskopu, a to navzdory tomu, že se již vyráběly jednoduché zvětšovací čočky. Ručně vyráběné mikroskopy Van Leeuwenhoeka byly relativně malé výrobky s jedinou, velmi silnou čočkou. Jejich použití bylo nepohodlné, ale umožňovaly prohlížet snímky velmi podrobně.

V roce 1665 Angličan Robert Hooke navrhl svůj vlastní mikroskop a testoval jej na korku. V důsledku tohoto výzkumu se zrodil název „buňky“.

Při práci s mikroskopem musíte provádět operace v následujícím pořadí:

· Měli byste pracovat s mikroskopem vsedě;

· Zkontrolujte mikroskop, otřete čočky, okulár, zrcátko od prachu měkkým hadříkem;

· Umístěte mikroskop před sebe, mírně doleva, 5-10 cm od okraje stolu. Během provozu s ním nepohybujte;

· Při pohledu do okuláru jedním okem a pomocí zrcátka s konkávní stranou nasměrujte světlo z okénka do čočky a poté co nejvíce a rovnoměrně osvětlete zorné pole;

· Umístěte mikrovzorek na stolek tak, aby byl studovaný objekt pod čočkou. Při pohledu ze strany snižujte čočku pomocí šroubu, dokud vzdálenost mezi spodní čočkou čočky a mikrovzorkem nebude 4-5 mm;

· Podívejte se do okuláru jedním okem a otáčejte šroubem směrem k sobě, plynule zvedněte čočku do polohy, ve které je obraz předmětu jasně vidět. Nemůžete se dívat do okuláru a sklopit čočku. Přední čočka může rozdrtit krycí sklo a způsobit škrábance;

· Ručním pohybem preparátu najděte požadované místo a umístěte jej do středu zorného pole mikroskopu;

· Pokud se obraz neobjeví, musíte znovu zopakovat všechny operace.

· Po dokončení práce zvedněte čočku, sejměte preparát z pracovního stolu, otřete všechny části mikroskopu čistým ubrouskem, zakryjte plastovým sáčkem a umístěte do skříňky.

3) Seznámení s laboratorním vybavením a provádění laboratorních prací „Návrh lupy a světelného mikroskopu. Pravidla pro práci s nimi.”