Kính hiển vi là một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của những vật rất nhỏ, với số bội giác lớn hơn rất nhiều so với số bội giác của kính lúp.
I. Cấu tạo kính hiển vi
Gồm hai bộ phận chính: vật kính và thị kính.
+ Vật kính O1: là một thấu kính hội tụ có tiêu cự f1 rất ngắn [vài mm].
+ Thị kính O2: là một thấu kính hội tụ có tiêu cự f2 ngắn [vài cm], như một kính lúp.
Hai kính được đặt đồng trục, khoảng cách O1O2 giữa chúng không đổi.
Ngoài ra còn có một bộ phận dùng để chiếu sáng vật cần quan sát.
II. Cách ngắm chừng
Vật phẳng AB qua vật kính O1 cho ảnh thật A'B' lớn hơn vật AB. A'B' qua thị kính O2 cho ảnh ảo cuối cùng A"B" rất lớn ngược chiều với vật AB. Mắt đặt sát sau thị kính để quan sát ảnh A"B".
Khi ngắm chừng ở ¥ thì ảnh A'B' ở tiêu điểm vật F2 của thị kính.
III. Số bội giác kính hiển vi
Số bội giác khi ngắm chừng ở vô cực: Đ
+ δ = F'1F2 là độ dài quang học của kính hiển vi.
+ f1; f2 là tiêu cự của vật kính và thị kính.
+ Đ là khoảng nhìn rõ ngắn nhất của mắt [thường Đ = 25 cm].
IV. Bài tập luyện tập kính hiển vi của trường Nguyễn Khuyến
Bài 1: Một kính hiển vi khi ngắm chừng ở vô cực có số bội giác 250. Quan sát vật AB = 1 μm;
- Tính góc trông ảnh của vật AB qua kính. Cho Đ = 25 cm.
- Tính độ lớn của một vật đặt ở điểm cực cận, được nhìn dưới góc trông
ĐÁP ÁN
- ĐÐ
- Ð.
Bài 2: Kính hiển vi có vật kính L1 với tiêu cự f1 = 0,1 cm, thị kính L2 với tiêu cự f2 = 2 cm và độ dài quang học δ = 18cm. Mắt bình thường có điểm cực cận cách mắt 25 cm. Mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của thị kính.
- Xác định phạm vi đặt vật trước vật kính để mắt có thể nhìn rõ ảnh của vật qua kính.
- Quan sát các hồng cầu có đường kính 7 μm. Tính góc trông ảnh của các hồng cầu qua kính trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.
- Nếu năng suất phân li của mắt là thì người quan sát có thể thấy rõ các hồng cầu đó không ?
ĐÁP ÁN
- Sơ đồ tạo ảnh:
+ Trường hợp ngắm chừng ở cực viễn:
- Điểm cực viễn của mắt thường ở vô cực. A2B2 ở vô cực nên A1B1 ở tiêu điểm vật của thị kính. A1B1 trước O2 một khoảng bằng f2 = 2 cm. Khi đó chiều dài của kính hiển vi là:
+ So với O1 thì A1B1 cách O1 là:
+
+ Trường hợp ngắm chừng ở cực cận:
A2B2 ở điểm cực cận, nên trước mắt 25 cm. Mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của thị kính O2 tức là sau O2 một khoảng 2 cm, nên A2B2 trước O2 là 25 – 2 = 23 cm suy ra .
+
+ Phạm vi ngắm chừng: từ đến .
- Đ
mà ĐĐ
- Người quan sát có thể thấy rõ các hồng cầu qua kính hiển vi vì .
Bài 3: Kính hiển vi có vật kính có tiêu cự f1 = 2,4 cm, thị kính có tiêu cự f2 = 4 cm và độ dài quang học δ =16 cm. Vật AB đặt trước vật kính. Mắt một học sinh không có tật có khoảng cực cận là 24 cm. Mắt quan sát ảnh của vật AB ở trạng thái không điều tiết. Tính khoảng cách từ vật AB đến vật kính và số bội giác.
ĐÁP ÁN
Sơ đồ tạo ảnh:
+ A2B2 nằm ở điểm cực viễn của mắt không tật, nghĩa là nằm ở vô cực. Suy ra A1B1 phải đặt tại tiêu điểm vật F2 của O2.
+ Số bội giác trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực: Đ = 24
Bài 4: Kính hiển vi có vật kính L1 tiêu cự f1 = 0,8 cm và thị kính L2 tiêu cự f2 = 2 cm. Khoản cách giữa hai kính là l = 16 cm.
- Kính được ngắm chừng ở vô cực. Tính khoảng cách từ vật đến vật kính và số bội giác. Biết người quan sát có mắt bình thường với khoảng với khoảng cực cận là OCc = 25 cm.
- Giữ nguyên vị trí vật và vật kính, ta dịch thị kính một khoản nhỏ để thu được ảnh của vật trên màn đặt cách thị kính 30 cm.
Giải bài 33.1 trang 91 SBT Vật lý 11. Ghép mỗi nội dung ở cột bên trái với nội dung tương ứng ở cột bên phải để có một phát biểu đầy đủ và đúng.
Xem lời giải
- Kính hiển vi là dụng cụ quang bổ trợ cho mắt để quan sát những vật rất nhỏ, bằng cách tạo ảnh có góc trông lớn. Số bội giác của kính hiển vi lớn hơn rất nhiều so với số bội giác của kính lúp
- Kính hiển vi có hai bộ phận chính:
+ Vật kính \[{L_1}\] là một thấu kính hội tụ [thực ra là một hệ thấu kính tác dụng như thấu kính hội tụ] có tiêu cự rất nhỏ [cỡ milimét].
+ Thị kính \[{L_2}\] là một kính lúp dùng để quan sát ảnh của vật tạo bởi vật kính.
- Khoảng cách giữa hai quang tâm \[{O_1}{O_2}\; = {\rm{ }}l\] không đổi.
- Khoảng cách \[F{'_1}{F_2}\; = \;\delta \] là độ dài quang học.
B. Sự tạo ảnh qua kính hiển vi
- Vật kính có tác dụng tạo ảnh thật \[A{'_1}B{'_1}\] lớn hơn vật \[AB\] và ở trong khoảng \[{O_2}{F_2}\;\] từ quang tâm đến tiêu điểm vật của thị kính.
- Thị kính tạo ảnh ảo sau cùng \[A{'_2}B{'_2}\] lớn hơn vật nhiều lần và ngược chiều so với vật.
- Mắt đặt sau thị kính để quan sát sẽ nhìn thấy ảnh \[A{'_2}B{'_2}\] của vật \[AB\] tạo bởi kính hiển vi.
- Ảnh sau cùng \[A{'_2}B{'_2}\] phải được tạo ra trong khoảng nhìn rõ của mắt. Do đó phải điều chỉnh kính để thay đổi khoảng cách \[{d_1}\] từ vật \[AB\] đến vật kính \[{O_1}\].
- Đối với kính hiển vi, ứng với khoảng \[{C_v}{C_c}\] của ảnh thì khoảng \[\Delta {d_1}\] xê dịch vật thường hết sức nhỏ, khoảng vài chục micrômét.
- Do đó trong thực tế khi quan sát vật bằng kính hiển vi phải thực hiện như sau:
+ Vật phải là vật phẳng kẹp giữa hai tâm thủy tinh mỏng trong suốt. Đó là tiêu bản.
+ Vật được đặt cố định trên giá. Ta dời toàn bộ ống kính từ vị trí sát vật ra xa dần bằng ốc vi cấp.
C. Số bội giác của kính hiển vi
Xét trường hợp ngắm chừng ở vô cực.
Đặt \[\;\left| {{k_1}} \right|\] là số phóng đại ảnh bởi vật kính; \[{G_2}\;\] là số bội giác của thị kính ngắm chừng ở vô cực.
Ta có: \[{G_\infty }\; = \;\left| {{k_1}} \right|{G_2}\;\]
Biến đổi ta được: \[{G_\infty }\; = \;\frac{{\delta D}}{{{f_1}{f_2}}}\]
Trong đó:
\[D{\rm{ }} = {\rm{ }}O{C_c}\;\] : Khoảng cực cận
\[f1,{\rm{ }}f2\] Tiêu cự của vật kính, thị kính
\[\delta \]: Độ dài quang học
II. Bài tập minh hoạ:
Bài 1: Một người mắt tốt có khoảng nhìn rõ từ 24cm đến vô cực, quan sát một vật nhỏ qua kính hiển vi có vật kính \[{O_1}\] có tiêu cự 1cm và thị kính \[{O_2}\] có tiêu cự 5cm. Biết khoảng cách \[{O_1}{O_2} = 20\]. Số bội giác của kính hiển vi trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực là bao nhiêu?
Giải:
Theo bài ra: \[{f_1}\; = {\rm{ }}1cm\]; \[{f_2}\; = {\rm{ }}5cm\]; \[{O_1}{O_2} = 20\]
Suy ra: \[\delta {\rm{ }} = {\rm{ }}20{\rm{ }}{\rm{ }}1{\rm{ }}{\rm{ }}5{\rm{ }} = {\rm{ }}15cm\] và Đ = 24cm
Số bội giác của kính khi nắm chừng ở vô cực là:
\[{G_\infty }\; = \;\frac{{\delta D}}{{{f_1}{f_2}}} = \frac{{14.24}}{{1.5}} = 67.2\]
Bài 2: Một người mắt tốt có khoảng nhìn rõ từ 25cm đến vô cực, quan sát một vật nhỏ qua kính hiển vi có vật kính \[{O_1}\] có tiêu cự 1cm và thị kính \[{O_2}\] có tiêu cự 5cm. Biết khoảng cách \[{O_1}{O_2}\] \= 20cm. số bội giác của kính hiển vi trong trường hợp ngắm chừng ở điểm cực cận là bao nhiêu?
Bài 3: Một kính hiển vi với vật kính có tiêu cự 4mm, thị kính có tiêu cự 20mm. Biệt độ dài quang học bằng 156mm. Khoảng cách từ vật tới vật kính khi ngắm chừng ở vô cực là bao nhiêu?
Bài 4: Một kính hiển vi vật kính có tiêu cự 0,8 cm, thị kính có tiêu cự 8 cm. hai kính đặt cách nhau 12,2 cm. Một người mắt tốt [cực cận cách mắt 25 cm] đặt mắt sát thị kính quan sát ảnh. Độ bội giác ảnh khi ngắm chừng trong trạng thái không điều tiết là bao nhiêu?
Bài 5: Một người có mắt tốt có điểm cực cận cách mắt 25 cm quan sát trong trạng thái không điều tiết qua một kính hiển vi mà thị kính có tiêu cự gấp 10 lần thị kính thì thấy độ bội giác của ảnh là 150. Độ dài quang học của kính là 15 cm. Tiêu cự của vật kính và thị kính lần lượt là bao nhiêu?
Bài 6: Một kính hiển vi vật kính có tiêu cự 2 cm, thị kính có tiêu cự 10 cm đặt cách nhau 15 cm. Để quan sát ảnh của vật qua kính phải đặt vật trước vật kính.
Bài 7: Một kính hiển vi, với vật kính có tiêu cự 5 mm, thị kính có tiêu cự 2,5 cm. Hai kính đặt cách nhau 15 cm. Người quan sát có giới hạn nhìn rỏ cách mắt từ 20 cm đến 50 cm. Xác định vị trí đặt vật trước vật kính để nhìn thấy ảnh của vật.
Bài 8: Một kính hiển vi gồm vật kính có tiêu cự 5mm và thị kính có tiêu cự 20mm. Vật AB cách vật kính 5,2mm. Vị trí ảnh của vật cho bởi vật kính là bao nhiêu?
Bài 9: Số phóng đại của vật kính của kính hiển vi bằng 30. Biết tiêu cự của thị kính là 2cm, khoảng nhìn rõ ngắn nhất của người quan sát là 30cm. Số bội giác của kính hiển vi đó khi ngắm chừng ở vô cực là bao nhiêu?
Bài 10: Một kính hiển vi gồm vật kính có tiêu cự 0,5cm và thị kính có tiêu cự 2cm. Biết khoảng cách giữa vật kính và thị kính là 12,5cm; khoảng nhìn rõ ngắn nhất của người quan sát là 25cm. Khi ngắm chừng ở vô cực, số bội giác của kính hiển vi là bao nhiêu?