5.2 金相显微镜的基本原理、构造及使用
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.掌握仔细阅读显微镜使用说明书并进行正确操作的方法。
【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的，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光学基本仪器”中的图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“Х”表示，例如物镜放大倍数为20Х，目镜放大倍数为10Х，则显微镜的放大倍数为200Х。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。本实验使用的是正置金相显微镜为例，光学系统结构图如图5-2-1所示。
1三目观察系统2落射照明系统3物镜4标本5下照明
图5-2-1正置金相显微镜光学系统结构图
【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。
图5-2-2FM-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；
2.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？
