Устройство микроскопа: как устроен микроскоп и как он увеличивает

Микроскоп — прибор, который с помощью системы линз показывает увеличенное изображение предметов, слишком мелких для глаза: клеток, одноклеточных организмов, волокон ткани. Школьный световой микроскоп собран из трёх групп частей. Оптическая — окуляр и объективы — увеличивает. Осветительная — зеркало или лампа — направляет свет сквозь препарат. Механическая — штатив, тубус, столик, винты — держит всё на своих местах и позволяет навести резкость. Ниже — каждая часть и её работа, как считать увеличение, порядок работы и план ответа на уроке.

Из чего состоит микроскоп

Удобно разбирать по пути света: снизу вверх, от источника к глазу.

Часть	Что делает
Основание (подставка)	Тяжёлая нижняя часть, на которой микроскоп устойчиво стоит
Зеркало или осветитель	Направляет свет от окна или лампы снизу в отверстие столика; у современных моделей вместо зеркала встроенная лампа
Диафрагма	Шторка под столиком: сужает или расширяет пучок света, чтобы картинка не была слишком яркой или тусклой
Конденсор	Линза под столиком, которая собирает свет на препарате (есть не у всех школьных моделей)
Предметный столик	Площадка с отверстием посередине, на которую кладут стекло с препаратом
Зажимы (клеммы)	Прижимают предметное стекло, чтобы оно не сдвигалось
Объективы	Линзы, обращённые к препарату; строят первое увеличенное изображение. Обычно их два-три с разным увеличением
Револьвер	Вращающийся диск, на который вкручены объективы; поворотом меняют один объектив на другой
Тубус	Трубка, которая держит окуляр на нужном расстоянии от объектива
Окуляр	Линза, в которую смотрят глазом; увеличивает изображение, построенное объективом
Штатив	Изогнутая «рука», за которую микроскоп переносят; на ней закреплены тубус и столик
Макровинт и микровинт	Большой винт грубо двигает тубус или столик, маленький — тонко подстраивает резкость

Главные рабочие части — объектив и окуляр. Всё остальное нужно, чтобы свет прошёл через препарат и чтобы изображение оказалось точно в фокусе.

Как микроскоп увеличивает

Объектив — маленькая, но сильная линза с коротким фокусным расстоянием. Препарат лежит чуть дальше её фокуса, и объектив строит внутри тубуса действительное, увеличенное и перевёрнутое изображение. Окуляр работает как лупа: глаз смотрит через него на это изображение и видит его ещё крупнее.

1. Свет от окна или лампы попадает на зеркало и отражается вверх.
2. Диафрагма и конденсор собирают свет в пучок нужной яркости.
3. Свет проходит сквозь тонкий прозрачный препарат. Разные части клетки пропускают его по-разному, поэтому видны границы.
4. Объектив собирает лучи и строит увеличенное изображение внутри тубуса.
5. Окуляр увеличивает это изображение ещё раз, и оно попадает в глаз.

Отсюда и правило увеличения: нужно перемножить цифры, выгравированные на окуляре и на объективе. Например, окуляр 10×, объективы 4×, 10× и 40×:

Окуляр	Объектив	Общее увеличение
10×	4×	40 раз
10×	10×	100 раз
10×	40×	400 раз

Изображение перевёрнуто. Поэтому, когда вы двигаете стекло вправо, клетки в окуляре уплывают влево, а вверх — вниз. Первые минуты за микроскопом это путает всех.

Правила работы с микроскопом

1. Переносите микроскоп двумя руками: одной держите за штатив, другой поддерживайте основание.
2. Поставьте его штативом к себе, в нескольких сантиметрах от края стола.
3. Поверните револьвер так, чтобы напротив отверстия столика встал самый слабый объектив.
4. Глядя в окуляр, поворачивайте зеркало, пока поле зрения не станет равномерно светлым. Если есть лампа — включите её и настройте диафрагму.
5. Положите препарат на столик так, чтобы объект был над отверстием, и закрепите зажимами.
6. Глядя сбоку, опустите объектив макровинтом почти до препарата, но не касаясь его.
7. Теперь, глядя в окуляр, медленно поднимайте тубус, пока не появится чёткое изображение. Микровинтом доведите резкость.
8. Чтобы рассмотреть деталь крупнее, поставьте её в центр поля зрения и только потом переключите объектив на более сильный.

Смысл шага 6 простой: сильный объектив почти касается стекла, и если опускать его, глядя в окуляр, легко раздавить препарат и поцарапать линзу. Правило «начинать со слабого» тоже практичное: у слабого объектива поле зрения шире, объект легко найти.

Чем микроскоп отличается от лупы и электронного микроскопа

Лупа — одна линза. Она увеличивает в несколько раз, самые сильные — в пару десятков, и изображение не переворачивает. Световой микроскоп — две ступени увеличения, объектив и окуляр, поэтому он увеличивает в сотни раз.

Световой и электронный микроскоп. У светового есть предел: из-за волновой природы света он не различает детали меньше примерно 0,2 микрометра. Поэтому увеличивать изображение больше чем примерно в полторы тысячи раз бессмысленно: картинка станет крупнее, но новых деталей не появится. Электронный микроскоп вместо света использует пучок электронов, а вместо стеклянных линз — магнитные. Он различает детали в тысячи раз мельче и показывает вирусы и крупные молекулы. Но образец помещают в вакуум, поэтому живую клетку в нём не рассмотреть.

Объектив и окуляр. Их путают в контрольных. Объектив — внизу, у объекта (отсюда название). Окуляр — наверху, у глаза (от латинского oculus — «глаз»).

Интересные факты

• Слово «клетка» в биологии появилось благодаря микроскопу: Роберт Гук в XVII веке рассматривал срез пробки и увидел ячейки, похожие на соты. Как клетка устроена на самом деле, рассказано в статье о строении клетки.
• Антони ван Левенгук, торговец тканями из Голландии, сам шлифовал крошечные линзы и первым увидел одноклеточные организмы в капле воды. Его микроскоп был, по сути, одной очень сильной лупой.
• В школьный микроскоп хорошо видны клетки кожицы лука, инфузории из аквариумной воды, крупные бактерии в окрашенном препарате. Про последних — в статье о строении бактерии.

Самый известный школьный препарат — кожица лука, и готовят его за пару минут. На предметное стекло капают воду, пинцетом снимают с внутренней стороны чешуи луковицы тонкую прозрачную плёнку, расправляют её в капле и накрывают покровным стеклом, опуская его сбоку, чтобы не осталось пузырьков воздуха. Если добавить каплю слабого раствора йода, ядра клеток окрасятся и станут заметнее. Пузырь воздуха под стеклом выглядит в окуляре как чёрное кольцо с ярким центром — его часто принимают за клетку.

Почему микроскоп «не показывает» и на что смотреть

• Темно в окуляре. Зеркало повёрнуто не туда, закрыта диафрагма или объектив не встал в рабочее положение — револьвер должен щёлкнуть.
• Мутно. На линзе окуляра или объектива пыль или отпечаток пальца. Протирают только мягкой салфеткой для оптики, не пальцем и не бумагой.
• Не удаётся навести резкость. Препарат слишком толстый, стекло лежит вверх ногами или микровинт докручен до упора. Вернитесь на слабый объектив и начните сначала.
• Объект пропадает при смене объектива. Его не поставили в центр поля зрения: у сильного объектива поле зрения намного меньше.

Как ответить на уроке

План ответа:

1. Микроскоп — оптический прибор для рассматривания мелких объектов.
2. Оптическая часть: окуляр и объективы на револьвере, соединённые тубусом.
3. Осветительная часть: зеркало или лампа, диафрагма.
4. Механическая часть: основание, штатив, предметный столик с зажимами, макро- и микровинт.
5. Увеличение равно произведению увеличений окуляра и объектива.
6. Правила работы: начинать со слабого объектива, опускать тубус, глядя сбоку.

Вопросы для самопроверки:

• Окуляр 15×, объектив 20×. Какое увеличение? 15 × 20 = 300 раз.
• Зачем нужен револьвер? Чтобы быстро менять объективы, не вынимая их.
• Почему препарат сдвинули вправо, а изображение ушло влево? Микроскоп даёт перевёрнутое изображение.