普通光学显微镜有几个物镜【解析光学显微镜使用中遇到的几个问题】

　　生物教师对光学显微镜（以下简称显微镜）的成像原理研究甚少，常会被一些问题困扰，对显微镜使用过程中遇到的许多问题只知其然，不知其所以然，甚至得出错误的结论。本文就使用显微镜过程中遇到的几个问题进行分析。
　　 一、显微镜的放大倍数及成像分析
　　1.相关问题
　　使用显微镜常遇到以下问题：为什么显微镜的放大倍数等于物镜放大倍数和目镜放大倍数的乘积？为什么显微镜下看到的物像是倒像？为什么移动物像和移动装片的方向是相反的？为什么观察到的细胞环流方向与标本实际环流动方向是相同的？解析这些问题，要从显微镜的构造及成像原理说起。
　　2.显微镜的构造及成像原理
　　显微镜由产生物像的光学系统（物镜和目镜）、照明系统和机械支架三部分组成。目镜和物镜都是具有放大成像功能的凸透镜。显微镜成像与单个凸透镜的成像密切相关。
　　当物体（或物像）与凸透镜的距离小于焦距时，在物体的同一侧形成正立放大的虚像，如图1所示。
　　图1 物体在凸透镜焦距内成像光路图
　　当物体（或物像）与凸透镜的距离在1―2倍焦距之间时，在凸透镜的另一侧形成倒立放大的实像，如图2所示。
　　图2 物体在凸透镜1-2倍焦距内成像光路图
　　当物体（或物像）与凸透镜的距离大于2倍焦距时，在凸透镜的另一侧形成倒立缩小的实像，如图3所示。
　　图3 物体在凸透镜2倍焦距外成像光路图
　　显微镜成像的光路图如图4所示。所观察的物体（AB）位于物镜（L1）的焦点（F1）的前方（1―2倍焦距之间），在物镜的另一侧形成一放大、倒立的实像（A′B′）于目镜（L2）焦点（F2）以内（即在目镜的单倍焦距内），此物像通过目镜的再次放大，得到虚像（A″B″）。此物像比眼睛直接看到的物体AB要大得多，所以使用显微镜可以看清非常微小的物体。
　　图4 显微镜成像光路图
　　3.问题分析
　　由于显微镜下观察到的物像是经过物镜和目镜两次放大后所形成的，因此，显微镜的放大倍数是物镜放大倍数和目镜放大倍数的乘积。
　　根据显微镜成像的光路图可知，显微镜下看到的物像与实际物体方向相反，即看到的物像是倒像。
　　由于显微镜下看到的物像是倒像，因此，物像移动的方向与装片移动的方向一定是相反的。
　　观察细胞环流时，如果视野中观察到一个叶绿体在细胞的左下角，向上流动（顺时针流动），那么，根据显微镜下看到的物像是倒像的原理可知，此叶绿体实际上是在细胞的右上角，向下流动（也是顺时针流动）。由此可见，此物体在物像下的流动和实际情况下的流动都是顺时针方向，即环流方向相同。
　　 二、视野内出现污点有关问题分析
　　1.相关问题
　　在旧版生物教科书以及当前部分生物教辅书中可见与之相关的这样一道习题：视野内出现了个污点，你有什么办法判断问题出在物镜上、目镜上还是装片上？答案是：①移动装片，如果污点也随之移动，说明污点在装片上；②转动目镜，如果污点也随之转动，说明污点在目镜上；③排除了装片和目镜，就说明污点在物镜上。此题答案①②是正确的，答案③是错误的。污点在装片上，属于显微镜正常的成像，在视野内能看到被放大的物像，在这里不做分析。下面就后两个问题进行分析。解析这两个问题，涉及显微镜目镜和物镜上污点的成像原理。
　　2.显微镜目镜和物镜上污点的成像原理
　　从图1单个凸透镜的成像的光路图可知，当物体（或物像）与凸透镜的距离小于焦距时，成正立放大的虚像。值得注意的是，在焦距内，物距较大时，物像与镜面以及物像与物体之间的距离较大，当物距缩小时，物像与镜面以及物像与物体之间的距离也随之缩小，当物体在镜面上时，物像与物体重叠，都在镜面上。因此，当污点在显微镜的物镜上时，成像也在物镜上，两者重叠。同理，当污点在显微镜的目镜镜上时，成像也在目镜上，两者也重叠。
　　物镜上的污点位于目镜两倍焦距以外，根据图3的成像光路图可知，这一点发出的光线通过目镜后不能得到放大的虚像（与显微镜正常成像的情况不同），只能在目镜的另一侧焦点外形成一缩小的实像。同理，目镜上的污点只能在物镜的另一侧焦点外形成缩小的实像。
　　3.问题分析
　　使用显微镜进行观察时，眼睛是贴近目镜的，位于目镜的焦点附近，这样，物镜上污点发出的光线通过目镜后所形成的物像刚好落在眼球的角膜前方。我们知道，正常人的眼睛，依靠晶状体的调节，结果使人们能够看清远近不同的物体。但是眼睛的调节是有限的。晶状体变得最扁时能够看到的最远点，叫做眼睛的远点，正常眼的远点在无限远处。晶状体变得最凸时能看清的最近点，叫做眼睛的近点。正常眼的近点约在离眼睛10cm的地方。所以，依靠眼睛的调节，能看清物体的范围是从离眼睛10cm处到无穷远处。距离眼睛10cm以内的物体，即使较大，也会看到模糊不清，如果很小，则看不见。由于物镜上的污点经目镜后所形成的物像刚好落在眼睛的近点以内，且物像又较小，所以，在正常情况下是看不到此物像的。由此可见，上述问题的答案③是错误的。
　　由于目镜上的污点经物镜后所形成的物像位于眼睛能看清物体（或物象）的范围内，所以，在正常情况下是能看到的。由此可见，上述问题的答案②是正确的。
　　显微镜是生物科学研究的最重要的工具之一。笔者认为，虽然普通高中生物课程标准对显微镜的成像原理不做要求，但是，作为生物教师，必须理解掌握显微镜的成像原理，只有这样，才能正确解析显微镜使用过程中遇到的问题，避免发生上述错误。
　　（责任编辑：陈 欣）