大学物理实验：金相显微镜应用及指南

金相显微镜可用来鉴别和分析各种金属和合金的组织结构，广泛应用在工厂或实验室进行铸件质量的鉴定、原材料的检验或对材料处理后金相组织的研究分析等工作.还可用于半导体检测、电路封装、精密模具、生物材料等检验与测量.

【实验目的】

（1）了解金相显微镜的基本原理、基本结构和使用方法.

（2）仔细阅读显微镜使用说明书并掌握正确的操作方法.

【实验原理】

显微镜的基本放大作用由焦距很短的物镜和焦距较大的目镜来完成，物体位于物镜的前焦点外但很靠近焦点位置，物体经过物镜形成倒立的放大实像，这个像位于目镜的物方焦距内但很靠近焦点位置，作为目镜的物体，目镜将物镜放大的实像再放大成虚像，位于观察者的明视距离（距人眼250mm）处，供眼睛观察.光路图见2.4节中的图2-4-2.

为了减少球面像差、色像差和像域弯曲等像差，金相显微镜的物镜和目镜都是由透镜组构成的复杂光学系统.显微镜的成像质量在很大程度上取决于物镜的质量，因此物镜的构造尤为复杂，根据对各种像差的校正程度不同，物镜可分为消色差物镜、复消色差物镜和平视场物镜等三大类.近年来，由于采用计算机技术，物镜的设计和制造都有了很大改进.

实际上，一方面，金相显微镜所观察的显微组织，往往几何尺寸很小，小至可与光波波长相比较，此时不能再近似地把光线看成直线传播，而要考虑衍射的影响.另一方面，显微镜中的光线总是部分相干的，因此显微镜的成像过程是个比较复杂的衍射相干过程.此外，由于衍射相干等因素的影响，显微镜的分辨能力和放大能力都受到一定限制，目前金相显微镜可观察的最小尺寸一般是0.2μm左右，有效放大倍数最大为1500～1600倍.

金相显微镜总的放大倍数为物镜与目镜放大倍数的乘积.放大倍数用符号“×”表示，例如物镜放大倍数为20×，目镜放大倍数为10×，则显微镜的放大倍数为200×.通常物镜、目镜的放大倍数都刻在镜体上，在使用显微镜观察试样时，应根据其组织的粗细情况，选择适当的放大倍数，以细节部分能观察得清晰为准.

金相显微镜最常见的有正置、倒置和卧式三大类.本实验使用的是以正置金相显微镜为例，光学系统结构图如图5-2-1所示.

图5-2-1　正置金相显微镜光学系统结构图

1—三目观察系统；2—落射照明系统；3—物镜；4—标本；5—下照明

【实验器材】

FM-JX200型透反射高清金相显微镜、样品标本.

FM-JX200型透反射高清金相显微镜的外形结构图如图5-2-2所示.

(www.xing528.com)

图5-2-2　FM-JX200型透反射高清金相显微镜外形结构图

【实验内容与步骤】

实验室提供FM-JX200透反射高清金相显微镜的使用说明书，仔细阅读说明书，并对照显微镜实物，学习如何使用显微镜.

（1）观察显微镜的构造，了解各部件的作用，并画出显微镜的几何光学原理示意图.

（2）装好显微镜的物镜、目镜，调好光阑，对样品进行观察、测量.

（3）换上不同放大倍数的物镜，重复观察、测量，并作比较.

（4）若配有CCD和电脑，打开CCD软件，重新调焦清楚后，完成样品显微组织图的采集，并记录相关数据.换上不同放大倍数的物镜，重复显微组织图的采集和数据记录.

【数据记录与处理】

（1）画出显微镜的几何光学原理示意图；

（2）简要写出金相显微镜的主要操作步骤；

（3）按教师要求完成样品显微组织图的采集，并记录相关数据.

自学提纲

1.简述显微镜的几何光学原理.

2.金相显微镜主要有哪些部分组成？

3.使用金相显微镜观察试样应注意什么？