《显微镜和望远镜》教师参考资料

《显微镜和望远镜》教师参考资料目标1、知识与技能●了解显微镜、望远镜的基本结构。2、过程与方法●尝试应用已知的科学规律解释具体问题，获得初步的分析概括能力。3、情感、态度、价值观●初步认识科学技术对于社会发展和人类生活的影响。说明与建议这一节是前面所学知识的扩展。显微镜讲显微镜之前，可以先复习一下放大镜。用放大镜可以看清书本上的小字等较小的物体，要想看细胞等非常小的物体，用一个放大镜就无能为力了，这就引入了显微镜。从凸透镜成像规律知道，凸透镜能使物体成放大的实像，凸透镜又能成放大的虚像，引导学生去思考：先用一个凸透镜使物体成一放大的实像，然后再用另一个凸透镜把这个实像再一次放大，就能看清很微小的物体了，这就是显微镜的原理。教学时可以在投影片画一小物体，先让学生仔细观察投影片画面上的这个物体，再把投影片放到投影仪上，让学生观察屏幕画面上的这个物体，然后让学生拿着放大镜再去观察这个物体。说明这就是显微镜的原理，显微镜是利用两个透镜放大作用的组合制成的。这里可以让学生讲一讲感受。照课本图3．5－1介绍显微镜的结构。特别要强调两个透镜的组合作用，引导学生发散思维，培养学生综合运用所学知识的能力。望远镜学过显微镜之后，学生知道了利用两个透镜的组合，可以制成显微镜，显微镜的物镜距离要观察的物体较近，使物体成一放大的实像。如果利用物镜使远处的物体成一缩小的实像，这个实像再经过目镜放大，就能看清楚较远处的物体，这就是望远镜。照课本图3．5－2介绍望远镜的结构。利用望远镜能看清楚远处的物体，主要是由于望远镜物镜的直径比眼睛的瞳孔要大得多，它可以收集更多的光线，使远处的物体看起来更明亮。对于视角的问题，只要作简要的介绍，让学生知道有这么一个概念，不要求学生完全理解。主要还是要强调两个透镜的组合作用。课本中主要介绍了开普勒望远镜，同时可以向学生介绍其他类型的望远镜，扩大学生视野。动手动脑学物理1、这个实验可以让学生做一下，但要注意安全，不要让烧热的玻璃珠碰到身体。2、把放大倍数较大（焦距较短）的凸透镜放在靠近眼镜的位置时，远处物体看上去变大了；两个放大镜位置对调以后，远处物体看上去变小了。为了使远处的物体看得更清楚，就要使物体放大，所以要用两个焦距不同的放大镜。如果两个放大镜焦距相同，就没有放大作用了。透镜由透明材料（如玻璃、水晶、透明塑料等）磨制成的两个折射面都是球面，或一面是球面另一面是平面的透明体，叫做透镜。透镜是一种重要的光学元件。折射面也有制成抛物面或圆柱面等非球面的。透镜可分为凸透镜和凹透镜两大类。凸透镜的中央部分比边缘厚，有会聚光线的作用，又叫会聚透镜；凹透镜的中央部分比边缘薄，有发散光线的作用，又叫发散透镜。凸透镜和凹透镜按其构造的不同又分为：双凸、平凸、凹凸和双凹、平凹、凸凹各三种类型。在中学里讨论的只限于薄透镜，所谓薄透镜是指透镜中央的厚度比两个折射面的曲率半径小很多的透镜。它的光心可以认为和透镜的中心重合，是实际透镜的理想化模型。有关透镜的一些名词解释：主光轴：通过透镜两个折射球面的球心的直线，叫透镜的主光轴（或主轴）。光心：光线通过主光轴上某一特殊点，而不改变方向，这个点叫透镜的光心。副光轴：除主光轴外通过光心的其他直线叫副光轴。近轴光线：一般使用透镜时，物体都在主光轴附近，入射光线的入射角很小，这样的光线叫近轴光线。焦点：平行于主光轴的近轴光线，通过透镜后会聚（或发散其反向延长线会聚）于主光轴上的点，叫主焦点F，如图3－2所示。每个透镜都有分居透镜两侧的两个主焦点。焦距：光心O到主焦点F间的距离叫焦距（用字母f表示）。每个透镜有两个焦距。双球面透镜两侧的媒质相同时，两个焦距相等。副焦点：如图所示，跟主光轴夹角不大的副光轴的平行光线，经透镜折射后会聚（或发散其反向延长线会聚）于该副光轴上的一点F′，这个点叫透镜的一个副焦点。焦平面：通过透镜主焦点并与主光轴垂直的平面，叫做焦平面。每个透镜都有两个焦平面。虚焦点：通常把凹透镜的焦点叫做虚焦点，如图3－3乙所示。它不是折射线的交点，而是折射线的反向延长线的交点。为了区别焦点的实虚，一般凸透镜的焦距取正值，凹透镜的焦距取负值。焦度：透镜焦距f能表示它会聚光线(凸透镜)，或发散光线(凹透镜)本领的大小。焦距越小，这种本领越大，所以用f的倒数表示透镜的这种折光本领，叫做透镜的焦度D，D=1f。式中f的单位用米，则D的单位是屈光度。凸透镜f取正值，所以D为正值。凹透镜f取负值，所以D为负值。眼镜的度数等于D(屈光度)乘以100。我国历史上的冰透镜早在我国西汉(前206～公元25年)《淮南万毕术》中就有关于冰透镜记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”其后，晋朝张华的《博物志》中也有类似记载。冰遇阳光会熔化，冰透镜对着太阳确能聚光使艾绒着火，令人怀疑。清代科学家郑复光(1780——?)根据《淮南万毕术》的记载，亲自动手做过一些实验，证实冰透镜的确可以取火。他在“镜镜冷痴”中写道：将一只底部微凹的锡壶，内装沸水，用壶在冰面上旋转，可制成光滑的冰透镜，利用它聚集日光，可使纸点燃。关于凹透镜发散光线的演示实验课文中图3．1－5的实验，演示时由于在光屏上的光斑强度较弱，不便观察。可在凹透镜的四周加一屏障，遮住从平行光源射向凹透镜周围的光线，如图3－4所示。屏障可用硬纸片或薄木板中间开一个圆孔作成。演示时，移动光屏便可看到屏上圆形光斑的面积随着屏与镜间的距离增大而增大，表明通过凹透镜的光是发散的。显微镜显微镜是用来观察细微物体或物体细微部分的光学仪器。显微镜一般是由两组透镜组成，每组的作用相当于一个凸透镜。接近物体的一组透镜叫物镜，它的焦距很短，接近眼睛的一组透镜叫目镜，它的焦距比物镜稍大，两镜间的距离可以调节。显微镜成像的光路如图3－8所示。观察时，将小物体AB放在物镜焦距以外附近处，经物镜生成放大倒立的实像A′B′，该实像恰在目镜焦距以内附近处，再经目镜放大后，在明视距离d处成正立虚像A″B″。显微镜的视角放大率为J=l0d／f1·f2式中d=25cm，为明视距离，l0为镜筒长度，f1和f2为物镜和目镜的焦距。该角放大率等于物镜的线放大率与目镜的角放大率的乘积。显微镜的分辨本领主要决定于所用光的波长和物镜的“数值孔径”(孔径角的正弦与透镜和物体之间介质的折射率n的乘积)。波长越短，数值孔径越大，分辨本领就越大。人眼只能看清大小为0．1毫米左右的细节，而光学显微镜能放大1000～1500倍，所以可以使人们看清万分之一毫米左右的细微结构。但是要观察更细微的物体，则应采用电子显微镜。照相机简介(1)镜头由于单个凸透镜在成像中存在着严重的光行差问题(包括像差、像散、像场弯曲、畸变和色差等)，因此实际照相机的镜头是由透镜组构成，它起着校正光行差的作用。图3－5就是部分海鸥牌、晨光牌、西湖牌照相机的镜头，它由前后两个会聚透镜组及中间一个发散透镜构成。由于镜头在照相机中有着重要作用，所以要特别用心保护，注意防潮、防晒、防高温、防碰撞、防灰尘、防油气、防污垢，同时切忌用手指或其他物体接触镜面。每次用毕后，应即用镜头盖盖好，并把距离拨回到无限远处(让镜头收进去)。如镜面有一些浮尘，可用干净柔软的毛笔轻轻拂去灰尘，如擦拭镜头，应用干净的擦镜头纸或用干净的专用麂皮轻轻地从镜头中心起转圈向边缘拭擦，揩拭的次数越少越好，以免镜头受伤。(2)光圈光圈的作用是调节镜头的通光量。现代的光圈，都是由许多叶瓣组成为可变孔径的。只要转动调节圈，即可使叶瓣均匀地开合，现出不同的光圈孔径(图3－6)。这种光圈装在镜头的两个透镜组的中间。镜头的实际通光量不但跟光圈口径有关系，而且跟镜头的焦距有关系，因此，镜头的通光量不能用光圈口径表示，而要用光圈的相对口径(相对孔径)表示。光圈的相对口径等于光圈的口径与镜头的焦距比：a／f。一般照相机上光圈的相对口径选取的数值分别为：1／2、1／2．8、1／4、1／5．6、1／8、1／11、1／16、1／22等等。相对口径在相机镜头上通常用2．8、4、56、8、11、16、22等数字表示出来，这些数字只表示出相对口径的分母，因分子总是1，故略去不写了。因为分母的数值越大，就表示相对口径越小，所以照相机镜头的光圈环上的数值越大，通光量越小。前面一个数字的通光量是后面一个数字的2倍。(3)快门小型照相机的快门，一般可分为叶片式和卷帘式两种。叶片式快门是用3片或5片极薄的金属片制成，装在镜头前后两组透镜中间，叫做中心快门。快门的速度有1～1200s的，也有1～1500s的。卷帘式快门装在机身后部，接近于底片平面，叫做焦平面快门。卷帘用坚实的胶质绸或金属帘片制成。在调节曝光速度时，它的进光口能改变宽窄(图3－7)。卷帘快门的速度比叶片式更高，可达14000s。望远镜望远镜是观察远方大物体所用的一种光学仪器。望远镜因构造的不同，有如下几种。用透镜构成的望远镜由两组透镜组成，一为物镜，一为目镜。物镜的焦距较长，目镜的焦距较短，且物镜的第二焦点与目镜的第一焦点重合。开普勒望远镜的目镜和物镜都是凸透镜，伽利略望远镜的物镜是凸透镜，目镜是凹透镜。另外，还有反射式望远镜，它的物镜是用口径很大的凹镜做的，目镜是凸透镜。光线由物镜到目镜是由其中间的平面镜反射来的。望远镜的成像原理由图39、10、11示出。望远镜的视角放大率均为J=-f1／f2，其中f1、f2分别为物镜和目镜的焦距。图3-9开普勒望远镜图3-10伽利略望远镜图3-11牛顿式反射望远镜一些难以用光学望远镜观察的天体，可以用射电望远镜，它可以接收到来自宇宙的无线电波。远东最大的天文望远镜1989年11月13日，我国科学家自行设计研制安装的我国最大的天文望远镜，在河北省北部兴隆县正式建成投入使用。这台天文望远镜也是远东地区最大的望远镜。望远镜的主镜直径为2．16米，筒重26吨，镜身重92吨，两根可转动的轴重44吨。整个镜总体包括光学、机械驱动、自控、探测等装置。它可以自动跟踪星体，测定银河系天体恒星的活动、星体周围物质的相互作用。望远镜上装有先进的CCD照相机，它比普通照相机底片要灵敏30倍，还装有先进的光导纤维摄谱仪，可以同时拍照20颗星体的光谱，测定星体的化学