關(guān)于放大鏡和顯微鏡的辨析

陳展輝

摘要： 在初中物理關(guān)于放大鏡和顯微鏡部分，師生往往會(huì)產(chǎn)生一些模糊的認(rèn)識(shí)，本文通過(guò)介紹放大鏡成像的特點(diǎn)，視角對(duì)看清物體的影響，人眼的明視距離，顯微鏡的特點(diǎn)來(lái)分析放大鏡和顯微鏡的關(guān)系。

關(guān)鍵詞： 放大鏡顯微鏡特點(diǎn)

在人民教育出版社出版的八年級(jí)物理上冊(cè)第三單元第五節(jié)《顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡》的教學(xué)中，學(xué)生提出了一個(gè)問(wèn)題：顯微鏡的物鏡相當(dāng)于投影儀，成一個(gè)放大的實(shí)像，目鏡相當(dāng)于放大鏡，把像再放大一次，放大的倍數(shù)等于兩次放大倍數(shù)的乘積。如果有一個(gè)放大倍數(shù)足夠大的放大鏡，可否直接代替顯微鏡呢？下面通過(guò)介紹放大鏡成像的特點(diǎn)，視角對(duì)看清物體的影響，顯微鏡的特點(diǎn)來(lái)分析放大鏡和顯微鏡的關(guān)系，供大家參考。

一、放大鏡的特點(diǎn)

凸透鏡成像規(guī)律表格如下：

當(dāng)凸透鏡應(yīng)用于放大鏡時(shí)，原理圖如圖所示。物體在焦距以內(nèi)（u＜f），成正立放大的虛像，并且物像同側(cè)。例如，把郵票放在凸透鏡的焦距以內(nèi)，可以看到郵票放大的像。

放大鏡的成像原理：

根據(jù)凸透鏡成像的公式：+=?圯=-?圯=?圯v=，可以得出：u→f，u-f→0,v→∞，即當(dāng)物距接近像距時(shí)，像距無(wú)限大，像也無(wú)限大。因此，從理論上來(lái)說(shuō)，通過(guò)一個(gè)凸透鏡（放大鏡）可以得到無(wú)限大的像，但是像距無(wú)限遠(yuǎn)。

二、視角越大，眼睛看物體就越清楚

像足夠大，人眼未必可以看清楚。遙遠(yuǎn)的星球本身就很大，人眼卻還是看不清楚。能否看清物體，還與視角的大小有關(guān)。

視角表示物體的兩端反射的光線進(jìn)入人眼光心后，兩條光線所夾角度。如圖所示，物體對(duì)眼睛所成的視角決定了物體在視網(wǎng)膜上所成像的大小，視角越大，所成的像越大，眼睛看物體就越清楚。

同一個(gè)物體，如果它與人眼靠近了，就覺(jué)得它變大了，其實(shí)它的大小沒(méi)變，變化的是距離，從而導(dǎo)致視角增大；如果它與人眼遠(yuǎn)離了，就覺(jué)得它變小了，其實(shí)它的大小沒(méi)變，變化的是距離，從而導(dǎo)致視角減小。例如，看平面鏡中自己的像，距平面鏡越近，看到的像就越大，實(shí)際上像大小不變，只是視角變大了，人眼就能看清楚；看太空的星球，雖然星球本身很大，由于它離人眼太遠(yuǎn)了，視角變得很小，人眼就看不清楚。

如果距離不變但物體是自己增大的，我們同樣會(huì)看見(jiàn)它變大（視角增大）。例如，看正在膨脹的氣球，隨著氣球本身變大，視角漸漸變大，人眼就看得更清楚。

由此可見(jiàn)，視角大小不僅跟物體到眼睛的距離有關(guān)，還跟物體的大小有關(guān)。

三、極限分辨角與明視距離

人眼觀察物體時(shí)，要能看清物體的細(xì)節(jié)，則該細(xì)節(jié)對(duì)眼睛的視角必須大于眼睛的極限分辨角1分。人眼來(lái)看動(dòng)植物的細(xì)胞等非常小的物體，由于視角不夠1分而看不清細(xì)節(jié)。減少物體到眼睛距離可以增大視角，但人眼的調(diào)節(jié)范圍有限，不可能無(wú)限拉近，它必須位于人眼近點(diǎn)之外，此時(shí)可以借助放大鏡或顯微鏡將其放大，使像的視角大于人眼的極限分辨角。

在合適的光照度下，一般人的眼睛看前面25厘米處的物體是不費(fèi)力的，很舒適，這個(gè)距離稱為明視距離。如圖所示，放大鏡的放大率為像與物的長(zhǎng)度之比（），若放大鏡到物體之間的距離a近似等于透鏡的焦距（a≈f），而放大鏡到像間的距離b近似相當(dāng)于人眼明視距離（25cm），則放大鏡的放大倍數(shù)為N===，理論上如果f越小，所成的像就越大，可是受通光孔徑、像差等因素的影響，不能把放大鏡的焦距做得太小，一般采用的放大鏡焦距在1—10cm范圍內(nèi)，因而放大倍數(shù)在2.5—25倍之間。進(jìn)一步提高放大倍數(shù)，將會(huì)由于透鏡焦距縮短和表面曲率過(guò)分增大而使形成的像變得模糊不清。

要想看清微小的物體，就要想辦法增大其視角，使物體的像盡可能大，同時(shí)像又不能離人眼太遠(yuǎn)，最好是人眼的明視距離。

四、顯微鏡的特點(diǎn)

利用放大鏡可把微小物體放大，但放大鏡的放大率不大，在觀察微小結(jié)構(gòu)的生物組織時(shí)，還需要借助放大率更高的儀器——顯微鏡。

如圖所示，顯微鏡的物鏡相當(dāng)于投影儀，一般焦距比較小，由凸透鏡成像規(guī)律表格可知：微小的物體放在一倍焦距和兩倍焦距之間（即2f＞u＞f），在凸透鏡的另一側(cè)可以成放大倒立的實(shí)像，像成在兩倍焦距以外（v＞2f）。顯微鏡既能使物體成放大的像，又能使像成在明視距離附近。它的放大率為物鏡放大倍數(shù)與目鏡放大倍數(shù)的乘積。普通光學(xué)顯微鏡通過(guò)提高和改善透鏡的性能，使放大率達(dá)到1000—1500倍左右，但一直未超過(guò)2000倍。這是由于普通光學(xué)顯微鏡的放大能力受光的波長(zhǎng)的限制。而掃描隧道顯微鏡的放大倍數(shù)可達(dá)3億倍。

可見(jiàn)，為了觀察微小的物體，放大鏡不能代替顯微鏡。