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显微镜成像原理及其光路图

归档日期:09-04       文本归类:光学干扰装置      文章编辑:爱尚语录

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  显微镜是利用凸透镜的放大成像原理,将人眼不能分辨的微小物体放大到人眼能分辨的尺寸,其主要是增大近处微小物体对眼睛的张角(视角大的物体在视网膜上成像大),用角放大率M表示它们的放大本领。

  因同一件物体对眼睛的张角与物体离眼睛的距离有关,所以一般规定像离眼睛距离为25厘米(明视距离)处的放大率为仪器的放大率。显微镜观察物体时通常视角甚小,因此视角之比可用其正切之比代替。

  (1)目镜:装在镜筒的上端,通常备有2-3个,上面刻有5×、10×或15×符号以表示其放大倍数,一般装的是10×的目镜。

  (2)物镜:装在镜筒下端的旋转器上,一般有3-4个物镜,其中最短的刻有“10×”符号的为低倍镜,较长的刻有“40×”符号的为高倍镜,最长的刻有“100×”符号的为油镜,此外,在高倍镜和油镜上还常加有一圈不同颜色的线,以示区别。

  显微镜的放大倍数是物镜的放大倍数与目镜的放大倍数的乘积,如物镜为10×,目镜为10×,其放大倍数就为10×10=100。

  显微镜目镜长度与放大倍数呈负相关,物镜长度与放大倍数呈正相关。即目镜长度越长,放大倍数越低;物镜长度越长,放大倍数越高。

  光学显微镜是根据凸透镜的成像原理,要经过凸透镜的两次成像。第一次先经过物镜(凸透镜1)成像,这时候的物体应该在物镜(凸透镜1)的一倍焦距和两倍焦距之间,根据物理学的原理,成的应该是放大的倒立的实像。而后以第一次成的物像作为“物体”,经过目镜的第二次成像。由于我们观察的时候是在目镜的另外一侧,根据光学原理,第二次成的像应该是一个虚像,这样像和物才在同一侧。因此第一次成的像应该在目镜(凸透镜2)的一倍焦距以内,这样经过第二次成像,第二次成的像是一个放大的正立的虚像。如果相对实物说的话,应该是倒立的放大的虚像。

  电子显微镜的原理: 电子显微镜是一种电子仪器设备,可用来详细研究电子发射体表面电子的放射情形。其放大倍数和分辨率都比光学显微镜高得多。因为普通光学显微镜的放大倍数和分辨率有限,无法观测到微小物体。以电子束来代替可见光束,观察物体时,分辨率就没有波长要在可见光谱之内的限制,不过电子透镜无法作得像光学透镜那样完美。因此理论上,电子显微镜所具有的分辨率并不可靠。目前电子显微镜的分辨率可达10-7厘米(约为原子直径的两倍)。通常电子显微镜的放大率是200~200 000倍,再经照相放大可达1000 000倍。电子显微镜有两大类:(1)发射型。(2)电磁、静电扫描型。前者用于研究电子放射现象;后者用以增加普通光学显微镜的应用范围。1924年法国物理学家德布洛意指出电子和其他的粒子也都具有和光类似的波动性质。他还求出了计算它们波长的公式: λ=/(mv)式中m是粒子的质量而v是它的速度,h是普朗克常数。此公式发明的年代较早,后来由美国科学家德维生及革末用实验证明其正确性。既然正确,也就告诉人们:虽然电子是一种可称重量,可数数目,可以被电子枪发射的粒子,但它同时又是一种波。从公式中我们可以看到,如果使电子运动的速度十分巨大的话,它就可以明显地显示出波长极短的波动性。如果在光学显微镜中被观察物的大小比光波波长还小的话,人们就不能分辨出来。在实用上通常取波长λ的三分之一作为限度,光波波长约在6×10-5厘米左右,它的三分之一就是2×10-5厘米了。然而,有很多科学家急待观察的微小东西如病毒体、胶体粒子及结晶结构的大小都在这限度以下,既然如此,如果我们把一颗运动中的电子加速,使它产生巨大的速度,从而有极短的波长,则利用此原理制成的电子显微镜就能观察到极微小的物体了。把电子加速的办法是在真空中加上若干万伏的高电压,电子就会以极快的速度射出,其波长可能会达到4×10-5厘米这样短的长度,也就是说,电子显微镜可以看到1.4×10-10cm 这样小的物体。当然这是理论上的结果,在实际上由于仪器等等原因,不可能达到这样理想的地步。但无论如何,电子显微镜已可以放大五万倍以上;而有些精良到可将物体放大十万倍。电子显微镜中有一个电子枪,电子在枪集束射出,正像光学显微镜中利用光学透镜的成像作用得到显微的放大像一样,在电子显微镜中用磁透镜,使电子束会聚成像。我们把一片待观察的物体,例如一片很薄的晶体,放在电子显微镜中,电子束就会射向这片物体上,在一块荧光幕上就会得到一个放大的影像。如果在电子显微镜中用感光的底片代替荧幕的话就可以得到一张微观世界的珍贵图片。而一些特别好的电子显微镜,甚至可以观察到一些巨分子的结构!这些图片在科学研究上的价值十分重大。当然,在电子显微镜中不会这样简单,它要涉及电子射线通过物体产生不同的散射而造成明暗不同的影响。最近,有些电子显微镜是利用电子束的反射来观察较厚的物体例如病菌、病毒及其他极微小物体的巨分子组织。而最新的显微镜用的却不是电子显微镜,而是离子显微镜借以达到更短的波长,米勒曾经利用氦的离子显微镜成功地拍摄到金属表面的单独分子运动。这种离子显微镜可以分辨原子之间相隔百万分之二十七厘米的空隙,它是目前显微镜中最好的一种。 金相显微镜参考资料:

  光学显微镜是根据凸透镜的成像原理,要经过凸透镜的两次成像。第一次先经过物镜(凸透镜1)成像,这时候的物体应该在物镜(凸透镜1)的一倍焦距和两倍焦距之间,根据物理学的原理,成的应该是放大的倒立的实像。而后以第一次成的物像作为“物体”,经过目镜的第二次成像。由于我们观察的时候是在目镜的另外一侧,根据光学原理,第二次成的像应该是一个虚像,这样像和物才在同一侧。因此第一次成的像应该在目镜(凸透镜2)的一倍焦距以内,这样经过第二次成像,第二次成的像是一个放大的正立的虚像。如果相对实物说的话,应该是倒立的放大的虚像。

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