光学：初中物理光学知识点与经典考题

光学显微镜的结构和使用目的要求1、熟悉光学显微镜的主要结构和特性。2、掌握低比例镜和高比例镜的使用方法。3、初步掌握油镜的使用方法。4、了解光学显微镜的维护方法。实验原理光学显微镜(light microscope)是生物科学和医学研究领域的常用仪器，在细胞生物学、组织学、病理学、微生物学和其他相关领域的教育研究中有很广泛的应用，是研究人类和其他生物组织和细胞结构的有力工具。光学显微镜简称为光景，是利用光线使小物体形成放大图像的仪器。现在使用的光镜种类和结构很多种，有些种类的光镜有特殊的目的，如暗视野显微镜、荧光显微镜、相位差显微镜、倒置显微镜等，但其基本结构和工作原理是相似的。一个普通的光镜主要由机器系统和光学系统两部分组成，而光学系统主要包含光源、反射镜、聚光器、物镜、目镜等部件。光镜如何放大小物体？物镜和目镜的结构比较复杂，但它们都起到凸透镜的作用。标本位于物镜下的1 2倍焦距之间，其上形成倒置的放大实像。实际上就在目镜的下焦点(焦平面)内，目镜进一步放大为虚拟图像。聚焦时，假象落在眼睛明亮的距离，视网膜上形成直立的实相。显微镜下放大的倒置的假象与看起来离眼睛25厘米的视网膜直立的实际相符。分辨率是镜子的主要性能标记。分辨率(resolving power)，也称为分辨率或分辨率技术，是指显微镜或人眼在25厘米的视觉距离内，清楚区分被检查物体微观结构的最小间距的能力，即在标本中相互接近的两点之间的最小距离的能力。人眼的分辨率约为100米。显微镜的分辨率由透镜镜头的分辨率决定，物镜的分辨率是显微镜的分辨率，而目镜与显微镜的分辨率无关。灯光镜像的分辨率(R)(R值越小，分辨率越高)可以计算如下：其中n是多镜和物镜之间介质的折射率(空气的折射率为1，油的折射率为1.5)。q表示物镜角度的一半，sin的最大值为1。l是光源的波长(白光约为0.5米)。比例或比例是镜头性能的另一个重要参数，一个显微镜的总比例等于目镜比例和物镜比例的乘积。一、光学显微镜的基本结构和功能(a)机械部分1，镜：安装在镜顶或镜臂前面的圆柱结构，顶部装有目镜，底部连接着物镜转换器。根据镜子的数量，镜子可以分为单管或双管。单管镜分为垂直和倾斜类型。双管镜的镜子是倾斜的。镜面垂直光镜的目镜与物镜的中心线成45度角，其中包含使光线旋转45度的棱镜。2、物镜转换器：也称为物镜转换盘。安装在镜子管下的圆盘形配置，可以顺时针或逆时针自由旋转。上面有三、四个圆孔均匀分布，装载比例不同的物镜。转动物镜转换盘可以使其他物镜达到工作位置(即光路径和耦合轴)。使用时根据手感，确保所需的物镜正确到位。3，镜子岩：为了支持眼镜管和镜子台的弯曲，用显微镜手握的部位。镜像半和其下的镜像柱之间有倾斜的关节，使圆柱体向后倾斜，以便于观察，但倾斜角度不能超过45度。否则，由于重心偏移，显微镜很容易翻转。使用临时床单时，不能倾斜镜面臂，以免液体或染液泄漏或污染显微镜。4，调光器：调光器也称为调整焦距的设备，位于镜面臂的顶部(镜像垂直镜)或底部(镜像倾斜光镜)、粗糙螺旋(大螺旋)和微调螺旋(小螺旋)。鸟瞰图，螺旋使镜子或四物架以快的速度或大的宽度抬起，快速调整焦距，使事物出现在视野中，适合低倍率镜子观测的焦点。微调螺旋适用于高倍率镜和油镜的焦点或样本的不同级别，通常在以窄条为基准使用微调螺旋微调焦距的情况下，镜像或载波表的速度可能会减慢或减小(上升或下降距离肉眼不容易观察到)。某些类型的灯光镜像由粗螺旋和细螺旋匹配，安装在镜像柱的两侧。左右侧窄螺旋的内侧有一个窄环，称为窄窄调节轮，它具有调节窄调节螺旋松弛(向外旋转，向内旋转)的功能。另外，左侧粗螺旋的内侧有粗节距环凸。这个手柄用粗螺旋调整焦距，然后向上推，就成为粗节距限制，此时镜像不能继续上升，但可以调整细微的旋转。5、载波站：也称为镜像站，是位于物镜转换器下的方形平台，是放置观察到的幻灯片样本的地方。平台中央有一个叫射线孔的圆孔，通过下面的射线照射到标本上。6，镜柱：连接镜臂的短柱。7，镜片：位于显微镜最底部的结构，作为整个显微镜的支架，用于支撑和稳定镜体。有些显微镜在镜子座位上有照明光源等结构。(b)光学系统部分瞄准镜的光学系统主要包括物镜、目镜和照明装置(反射镜、电容器和光圈等)。1、目镜：也称为目镜，安装在镜管的顶部，起到进一步扩大用物镜放大的事物的作用。每个目镜通常由安装了确定上下两个镜头(目镜和会聚镜头)之间视野大小的金属膜片视野膜片的两个镜头组成，该光圈的位置是物镜放大实像的位置，因此可以将头部的一小块附在膜片上，指示其他人观察。也可以在隔膜上安装目镜微尺。每个显微镜由通常比例不同的目镜2 3个，表示放大比例的目镜5、10、15(表示放大倍数)组成，可以根据需要选择使用，10目镜的使用次数最多。2、物镜：也称为物镜，安装在物镜转换器上。每个镜子通常有3到4个不同倍率的物镜，每个物镜由几个凸透镜和凹透镜的组合组成，作为显微镜最主要的光学部件，决定光镜分辨率的高低。一般来说，物镜的倍率有10，40，100等多种。通常，8或10的物镜称为低倍率镜(5或更小的称为放大器)。40或45称为高比例镜子。90或100称为油镜(使用时必须浸泡在镜油中)。每个物镜通常具有放大倍数和数值光圈(如10/0.25、40/0.65和100/1.25)、镜头大小所需的镜头长度以及标本上的封面幻灯片厚度(160/0.17，mm)和油镜上的“油”或“Oil”因为软膏镜片和镜面孔小，玻璃必须通过物镜和空气才能进入物镜，而玻璃与空气的折射率不同，部分光线折射丢失，进入物镜的光线减少，视线模糊。使用与玻璃(玻璃、香脂、石蜡油的折射率1.52、1.51、1.46、空气1)类似的玻璃-焦油沥青或蜡油，可以减少光的折射，增加视野的亮度，并提高分辨率。物镜分辨率的大小取决于物镜的数字光圈(n.a .)，n.a .也称为镜面粒度，其值越大，分辨率越高。图1-3物镜性能参数和工作距离c线是封面幻灯片的顶面，10物镜的工作距离为7.63mm是。40物镜的工作距离为0.198mm是。10/0.25、40/0.65、100/1.25表示镜头的比例和数字光圈。160/0.17表示显微镜的机械镜头长度(从标本到目镜的距离)和封面幻灯片的厚度。也就是说，桶长为160mm，盖滑动厚度为0.17mm。每个物镜的工作距离不同。工作距离是指显微镜处于工作状态(焦距调节，事物清晰)时物镜底部和盖子幻灯片表面之间的距离。物镜的倍率与工作距离成反比。低倍率镜调整到工作距离后，可以直接转换到高倍率镜或油镜，使用微螺旋稍微调整焦距，才能看到清晰的物象。这称为高聚焦。比例不同的物镜也可以从外形上加以区分。一般来说，物镜的长度与放大倍率成正比，低倍率镜最短，油镜最长，高倍率镜的长度介于两者之间。3、电容器：位于载波站的通过孔下，由聚焦透镜和光圈组成，主要功能是将光集中在要观察的标本上。组合两三个镜头的多镜像，其作用相当于将光多束地吸引过来的凸透镜。聚光区左下角的调整螺旋线可以调整灯光的强弱，增加聚光区可以改善灯光，反之则可以使灯光变弱。光圈也称为彩虹或光圈膜片，位于集中器的底部，是控制进入集中器的光束大小的可变光圈。把光圈的光圈变大或变小，用有可以调节光线强度的小把手的10多个金属薄片组合起来排列。光圈下面经常有一个过滤器框，您可以在其中放置各种颜色的过滤器。4，镜像：在多边形镜像下，可以通过旋转各种方向将来自不同方向的光反射到聚光器上。镜子有两个面，一个是平面镜，另一个是凹镜，凹镜具有聚焦效果，适合在弱光和散射光中使用，光线强的话选择平面镜(现在有些新的光学显微镜有自发光，但没有反射镜；两者都包括)。二、使用光学显微镜(-)准备小心地把显微镜从眼镜盒里拿出来(移动显微镜的时候用右手抓住镜子墙，用左手托住镜子座)，面向实验台左边，镜子片的背面离实验台边约6-10厘米左右，这样比较好。首先，验证显微镜的每个部件是否完整和正常。镜像垂直镜像的情况下，圆柱体倾斜(通常不超过45度)，以便于观察。(b)如何使用低比例镜像1，右：打开实验台的工作灯(在自己的光源显微镜下，必须打开显微镜的电源开关)，转动粗糙的螺旋，略微升高镜筒(或放下托架)，或调整物镜转换器，使低倍率镜处于工作状态(即朝向光球)，在镜头完全就位时，听到轻微的扣扣音。打开光圈，将电容器提升到合适的位置(适宜的环境顶部镜头平面略低于托架平面高度)。然后，将左眼朝目镜内观察(注意双眼必须同时睁开)，将反射镜的方向(用自己的光源显微镜调节亮度旋钮)，确保视野内光线均匀，亮度适中。2、幻灯片标本放置：将幻灯片标本放在载体上，用标本移动器的弹簧夹固定(注：有盖的幻灯片或标本的面朝上)，转动标本移动器的螺旋，使需要观察的标本部分朝向环光源的中心。3、调整焦距：在使用眼睛从侧面看低比例镜子的同时，使用粗糙的螺旋从镜头标本中观察镜头，直到低比例镜头下降到小于0.6厘米(或者直到托架上升)(注意不要让镜头撞到幻灯片，工作时要注视镜头和幻灯片之间的距离)。然后用左眼在目镜中观察，用左手慢慢转动粗糙的音调螺旋，转动细微的螺旋直到镜筒在视野中出现四物像(或装卸台)，使物体在视野中最清晰。如果需要观察的事物不在视野中心或不在视野内，可以使用标本移动器前后左右移动标本的位置，使事物进入视野并移动到中心。聚焦时，如果镜头的距离比1厘米还远，就必须严格执行上述程序。(c)高倍率的使用方法1.在用高倍镜观察标本之前，要找到想用低倍镜观察的事物像，移动到视野中心，调整焦距，使观察到的事物像看起来最明显。2、转动物镜转换器，高倍率镜直接移动到工作状态(环光孔对齐)，因此在视野中通常可以看到不清晰的图像，只要调整微焦螺旋，通常就可以清楚地看到事物。注意：(1)从低倍率反射镜的准焦点状态直接切换到高倍率反射镜时，高倍率物镜接触到幻灯片上，不能转换到原位(在这种情况下，主要是高倍率、低倍率反射镜不一致，即不是同一型号显微镜上的透镜)，此时不要过度转动，检查幻灯片是否调整了逆倍率、低倍率透镜的焦距，物镜是否松动等，然后再重新检查。如果调整后也不能转换，则必须在升高镜筒后(或放下托架后)切换，然后在眼睛高度将高倍镜放在接近盖幻灯片的位置，然后观察目镜的视野，同时用窄螺旋将镜头提高得很慢(或在托架放下后)，或者看事物像，然后用细螺旋对准。(2)制造过程中，许多显微镜的低倍率视野中心和高倍率镜的视野中心经常存在一定的偏差(即低倍率镜和高倍率镜的光轴不在直线上)，因此，在低倍率镜中转换高倍率观测标本通常会给观察者迅速找到标本带来一些困难。为了避免这种情况，为了让观测者在高倍率镜中快速找到所需放大部分的物相，还可以事先利用羊毛交叉薄片标本，测量使用的景象的偏心性，并制作绘制偏心图的制度记录。具体程序如下：用于寻找羊毛交点，移动到视野中心。以低倍率观察羊毛交点是否还在视线的中心。离开视线中心，那个位置就是偏心位置。重复前面两个步骤多次，找出正确的偏心点，画偏心图。找出镜子的偏心点后，用该显微镜的高倍率观察标本，事先将低倍率需要进一步放大的部分移到偏心位置，转换高倍率观测所需的观察对象就在视线的中心。(d)油镜的使用方法1、用高倍镜找到所需观察的标本，将需要进一步放大的部分移动到视野中心。2、将聚光提升到最高位置，打开光圈最大(因为油镜所需的光线很强)。3、转动物镜转换板，取下高倍镜，从幻灯片样本中需要观察的部分(幻灯片正面与通孔位置相同)，以一滴香节(折射率为1.51)或石蜡油(折射率为1.47)为媒介，然后接受眼睛的注视，将流星镜转换为工作状态。此时，油镜的底部镜面通常应浸入油滴中。4.左眼注视目镜内部，仔细、慢慢地转动斜线(注意：此时只能使用微调整螺旋，不要使用粗调整螺旋)，将镜头稍微升高(或放下托架)，直到视线中出现清晰的四物像。操作时，不要将微调螺旋转向相反的方向，降低镜头，不要粉碎标本，也不要损坏镜头。5、使用油镜后，必须及时将镜片上的油擦干净。启动前，先将油镜升高1厘米，然后在通光孔中转动，首先用干燥镜纸擦拭，去除大部分油，然后用沾有一些清洁剂或二甲苯的镜子纸擦拭一次，再用干燥镜纸再次擦拭。至于玻璃样品的油，如果是有盖幻灯片的永久制作，可以用上述方法直接擦掉；如果是未复盖的玻璃标本，可以解开玻璃碎片上的油。也就是说，先把小擦拭的纸复盖在油滴上，然后在上面滴几滴清洁剂或二甲苯，就可以擦拭了。趁湿的时候把纸往外拉，重复这么多次，就干净了。三、使用显微镜时要注意的事项1.使用显微镜时，要用一只手抓住镜子的胳膊，用一只手抓住镜子的位置，用单手拿着，防止目镜或其他部件滑动。2、使用垂直显微镜时，将中心向后移动，使显微镜向