關于放大鏡和顯微鏡的辨析

陳展輝

摘要： 在初中物理關于放大鏡和顯微鏡部分，師生往往會產生一些模糊的認識，本文通過介紹放大鏡成像的特點，視角對看清物體的影響，人眼的明視距離，顯微鏡的特點來分析放大鏡和顯微鏡的關系。

關鍵詞： 放大鏡顯微鏡特點

在人民教育出版社出版的八年級物理上冊第三單元第五節《顯微鏡和望遠鏡》的教學中，學生提出了一個問題：顯微鏡的物鏡相當于投影儀，成一個放大的實像，目鏡相當于放大鏡，把像再放大一次，放大的倍數等于兩次放大倍數的乘積。如果有一個放大倍數足夠大的放大鏡，可否直接代替顯微鏡呢？下面通過介紹放大鏡成像的特點，視角對看清物體的影響，顯微鏡的特點來分析放大鏡和顯微鏡的關系，供大家參考。

一、放大鏡的特點

凸透鏡成像規律表格如下：

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

放大鏡的成像原理：

根據凸透鏡成像的公式：+=?圯=-?圯=?圯v=，可以得出：u→f，u-f→0,v→∞，即當物距接近像距時，像距無限大，像也無限大。因此，從理論上來說，通過一個凸透鏡（放大鏡）可以得到無限大的像，但是像距無限遠。

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。

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

同一個物體，如果它與人眼靠近了，就覺得它變大了，其實它的大小沒變，變化的是距離，從而導致視角增大；如果它與人眼遠離了，就覺得它變小了，其實它的大小沒變，變化的是距離，從而導致視角減小。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，我們同樣會看見它變大（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，視角大小不僅跟物體到眼睛的距離有關，還跟物體的大小有關。

三、極限分辨角與明視距離

人眼觀察物體時，要能看清物體的細節，則該細節對眼睛的視角必須大于眼睛的極限分辨角1分。人眼來看動植物的細胞等非常小的物體，由于視角不夠1分而看不清細節。減少物體到眼睛距離可以增大視角，但人眼的調節范圍有限，不可能無限拉近，它必須位于人眼近點之外，此時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力的，很舒適，這個距離稱為明視距離。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近似相當于人眼明視距離（25cm），則放大鏡的放大倍數為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，因而放大倍數在2.5—25倍之間。進一步提高放大倍數，將會由于透鏡焦距縮短和表面曲率過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，同時像又不能離人眼太遠，最好是人眼的明視距離。

四、顯微鏡的特點

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

如圖所示，顯微鏡的物鏡相當于投影儀，一般焦距比較小，由凸透鏡成像規律表格可知：微小的物體放在一倍焦距和兩倍焦距之間（即2f＞u＞f），在凸透鏡的另一側可以成放大倒立的實像，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與目鏡放大倍數的乘積。普通光學顯微鏡通過提高和改善透鏡的性能，使放大率達到1000—1500倍左右，但一直未超過2000倍。這是由于普通光學顯微鏡的放大能力受光的波長的限制。而掃描隧道顯微鏡的放大倍數可達3億倍。

可見，為了觀察微小的物體，放大鏡不能代替顯微鏡。