实验设备-显微镜和望远镜的成像原理(一)
显微镜的基本光学原理（一）折射和折射率光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折射现象，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂直的光线由空气射入透明物体(如玻璃)时，光线在其介面改变了方向，并和法线构成折射角。（二）透镜的性能透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件，物镜目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同，可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点，这个点称"焦点"，通过交点并垂直光轴的平面，称"焦平面"。焦点有两个，在物方空间的焦点，称"物方焦点"，该处的焦平面，称"物方焦平面"；反之，在象方空间的焦点，称"象方焦点"，该处的焦平面，称"象方焦平面"。光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显现出来，而虚像不能。（三）凸透镜的五种成象规律 1. 当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在象方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实象； 2. 当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在象方二倍焦距上形成同样大小的倒立实象；
3. 当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则在象方二倍焦距以外形成放大的倒立实象；
4. 当物体位于透镜物方焦点上时，则象方不能成象；
5. 当物体位于透镜物方焦点以内时，则象方也无象的形成，而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚象。
三、光学显微镜的成象（几何成象）原理只有当物体对人眼的张角不小于某一值时，肉眼才能区别其各个细部，该量称为目视分辨率ε。在最佳条件下，即物体的照度为50~70lx及其对比度较大时，可达到1'。为易于观测，一般将该量加大到2'，并取此为平均目镜分辨率。物体视角的大小与该物体的长度尺寸和物体至眼睛的距离有关。有公式y=Lε距离L不能取得很小，因为眼睛的调节能力有一定限度，尤其是眼睛在接近调节能力的极限范围工作时，会使视力极度疲劳。对于标准(正视)而言，最佳的视距规定为250mm(明视距离)。这意味着，在没有仪器的条件下，目视分辨率ε=2'的眼睛，能清楚地区分大小为0.15mm的物体细节。在观测视角小于1'的物体时，必须使用放大仪器。放大镜和显微镜是用于观测放置在观测人员近处应予放大的物体的。（一）放大镜的成像原理表面为曲面的玻璃或其他透明材料制成的光学透镜可以使物体放大成像，光路图如图1所示。位于物方焦点F以内的物AB，其大小为y，它被放大镜成一大小为y'的虚像A'B'。放大镜的放大率Γ=250/f' 式中250--明视距离，单位为mm f'--放大镜焦距，单位为mm 该放大率是指在250mm的距离内用放大镜观察到的物体像的视角同没有放大镜观察到的物体视角的比值。（二）显微镜的成像原理显微镜和放大镜起着同样的作用，就是把近处的微小物体成一放大的像，以供人眼观察。只是显微镜比放大镜可以具有更高的放大率而已。图2是物体被显微镜成像的原理图。图中为方便计，把物镜L1和目镜L2均以单块透镜表示。物体AB位于物镜前方，离开物镜的距离大于物镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。所以，它经物镜以后，必然形成一个倒立的放大的实像A'B'。A'B'位于目镜的物方焦点F2上，或者在很靠近F2的位置上。再经目镜放大为虚像A''B''后供眼睛观察。虚像A''B''的位置取决于F2和A'B'之间的距离，可以在无限远处（当A'B'位于F2上时），也可以在观察者的明视距离处（当A'B'在图中焦点F2之右边时）。目镜的作用与放大镜一样。所不同的只是眼睛通过目镜所看到的不是物体本身，而是物体被物镜所成的已经放大了一次的像。（三）显微镜的重要光学技术参数在镜检时，人们总是希望能清晰而明亮的理想图象，这就需要显微镜的各项光学技术参数达到一定的标准，并且要求在使用时，必须根据镜检的目的和实际情况来协调各参数的关系。只有这样，才能充分发挥显微镜应有的性能，得到满意的镜检效果。显微镜的光学技术参数包括：数值孔径、分辨率、放大率、焦深、视场宽度、覆盖差、工作距离等等。这些参数并不都是越高越好，它们之间是相互联系又相互制约的，在使用时，应根据镜检的目的和实际情况来协调参数间的关系，但应
以保证分辨率为准。 1．数值孔径数值孔径简写NA，数值孔径是物镜和聚光镜的主要技术参数，是判断两者（尤其对物镜而言）性能高低的重要标志。其数值的大小，分别标刻在物镜和聚光镜的外壳上。数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（u）半数的正弦之乘积。用公式表示如下：NA=nsinu/2 孔径角又称"镜口角"，是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大，进入物镜的光通亮就越大，它与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。显微镜观察时，若想增大NA 值，孔径角是无法增大的，唯一的办法是增大介质的折射率n值。基于这一原理，就产生了水浸物镜和油浸物镜，因介质的折射率n值大于1，NA值就能大于1。数值孔径最大值为1.4，这个数值在理论上和技术上都达到了极限。目前，有用折射率高的溴萘作介质，溴萘的折射率为1.66,所以NA值可大于1.4。这里必须指出，为了充分发挥物镜数值孔径的作用，在观察时，聚光镜的NA值应等于或略大于物镜的NA值。数值孔径与其他技术参数有着密切的关系，它几乎决定和影响着其他各项技术参数。它与分辨率成正比，与放大率成正比，与焦深成反比，NA值增大，视场宽度与工作距离都会相应地变小。 2．分辨率显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分的两个物点的最小间距，又称"鉴别率"。其计算公式是σ=λ/NA 式中σ为最小分辨距离；λ为光线的波长；NA为物镜的数值孔径。可见物镜的分辨率是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决定。NA值越大，照明光线波长越短，则σ值越小，分辨率就越高。要提高分辨率，即减小σ值，可采取以下措施（1）降低波长λ值，使用短波长光源。（2）增大介质n值以提高NA值（NA=nsinu/2）。（3）增大孔径角u值以提高NA值。（4）增加明暗反差。 3．放大率和有效放大率由于经过物镜和目镜的两次放大，所以显微镜总的放大率Γ应该是物镜放大率β和目镜放大率Γ1的乘积：Γ=βΓ1 显然，和放大镜相比，显微镜可以具有高得多的放大率，并且通过调换不同放大率的物镜和目镜，能够方便地改变显微镜的放大率。放大率也是显微镜的重要参数，但也不能盲目相信放大率越高越好。显微镜放大倍率的极限即有效放大倍率。分辨率和放大倍率是两个不同的但又互有联系的概念。有关系式：500NA<Γ<1000NA 当选用的物镜数值孔径不够大，即分辨率不够高时，显微镜不能分清物体的微细结构，此时即使过度地增大放大倍率，得到的也只能是一个轮廓虽大但细节不清的图像，称为无效放大倍率。反之如果分辨率已满足要求而放大倍率不足，则显微镜虽已具备分辨的能力，但因图像太小而仍然不能被人眼清晰视见。所以为了充分发挥显微镜的分辨能力，应使数值孔径与显微镜总放大倍率合理匹配。 4．焦深焦深为焦点深度的简称，即在使用显微镜时，当焦点对准某一物体时，不仅位于该点平面上的各点都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度内，也能看得清楚，这个清楚部分的厚度就是焦深。焦深大, 可以看到被检物体的全层，而焦深小，则只能看到被检物体的一薄层，焦深与其他技术参数有以下关系：（1）焦深与总放大倍数及物镜的数值孔径成反比。（2）焦深大，分辨率降低。由于低倍物镜的景深较大，所以在低倍物镜照相时造成困难。在显微照相时将详细介绍。 5．视场直径（Field Of View）观察显微镜时，所看到的明亮的圆形范围叫视场，它的大小是由目镜里的视场光阑决定的。视场直径也称视场宽度，是指在显微镜下看到的圆形视场内所能容纳被检物体的实际范围。视场直径愈大，愈便于观察。有公式 F=FN/β式中F: 视场直径，FN：视场数（Field Number, 简写为FN，标刻在目镜的镜筒外侧），β:物镜放大率。由公式可看出：（1）视场直径与视场数成正比。（2）增大物镜的倍数，则视场直径减小。因此，若在低倍镜下可以看到被检物体的全貌，而换成高倍物镜，就只能看到被检物体的很小一部份。 6．覆盖差显微镜的光学系统也包括盖玻片在内。由于盖玻片的厚度不标准，光线从盖玻片进入空气产生折射后的光路发生了改变，从而产生了相差，这就是覆盖差。覆盖差的产生影响了显微镜的成响质量。国际上规定，盖玻片的标准厚度为0.17mm，许可范围在0.16-0.18mm，在物镜的制造上已将此厚度范围的相差计算在内。物镜外壳上标的0.17，即表明该物镜所要求的盖玻片的厚度。 7．工作距离WD 工作距离也叫物距，即指物镜前透镜
的表面到被检物体之间的距离。镜检时，被检物体应处在物镜的一倍至二倍焦距之间。因此，它与焦距是两个概念，平时习惯所说的调焦，实际上是调节工作距离。在物镜数值孔径一定的情况下，工作距离短孔径角则大。数值孔径大的高倍物镜，其工作距离小。（四）物镜物镜是显微镜最重要的光学部件，利用光线使被检物体第一次成象，因而直接关系和影响成象的质量和各项光学技术参数，是衡量一台显微镜质量的首要标准。物镜的结构复杂，制作精密，由于对象差的校正，金属的物镜筒内由相隔一定距离并被固定的透镜组组合而成。物镜有许多具体的要求，如合轴,齐焦。齐焦既是在镜检时，当用某一倍率的物镜观察图象清晰后，在转换另一倍率的物镜时，其成象亦应基本清晰，而且象的中心偏离也应该在一定的范围内，也就是合轴程度。齐焦性能的优劣和合轴程度的高低是显微镜质量的一个重要标志，它是与物镜的本身质量和物镜转换器的精度有关。现代显微物镜已达到高度完善，其数值孔径已接近极限，视场中心的分辨率与理论值之区别已微乎其微。但继续增大显微物镜视场与提高视场边缘成象质量的可能性仍然存在，这种研究工作，至今仍在进行。显微物镜与目镜在参于成象这点上是有区别的。物镜是显微镜最复杂和最重要的部分，在宽光束中工作(孔径大)，但这些光束与光轴的倾角较小(视场小)；目镜在窄光束中工作，但其倾角大（视场大）。当计算物镜与目镜，在消除象差上有很大差别。与宽光束有关的象差是球差、慧差以及位置色差；与视场有关的象差是象散、场曲、畸变以及倍率包差。显微物镜是一消球差系统。这意味着：就轴上的一对共轭点而言，消除了球差并且实现了正弦条件时，每一物镜仅有两个这种消球差点。因此，物体与象的计算位置的任何改变均导致象差变大。
实验设备-显微镜和望远镜的成像原理(一)
望远镜和显微镜 实验报告 BME8 鲍小凡 2008013215 【实验目的】 （1）了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法； （2）了解放大率等的概念并掌握其测量方法； （3）进一步熟悉透镜成像规律。 【实验原理】 一、望远镜 1、望远镜的基本光学系统 无穷远处物体发出的光经物镜后在物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。 图1 望远镜的基本光学系统 使用望远镜时，应先调目镜，看清分划板，再调镜筒长度。使被观察物清晰可见并与分划板叉丝无视差（中间像落在分划板平面上）。 2、望远镜的视放大率。 记目视光学仪器所成的像对人眼的张角为ω’，物体直接对人眼的张角为ω，则视放大率： tan 'tan ωωΓ= 由几何光路可知： 0'''tan ,tan '''e e y y y f f f ωω= == 因此，望远镜的视放大率： 0' 'T e f f Γ= 实际测量望远镜无焦系统的视放大率时，利用图二所示的光路图。当物y 较近时，即物距： () 100'1''e L f f f <+ 时，物镜所成的像会位于O e 右侧（实像）或左侧（虚像），经目镜后，即成缩小的实像y’’，于是视放大率： 00'''''T e e f f y f f y Γ= ==
图2 测望远镜的视放大率图 3、物像共面时的视放大率。 当望远镜的被观测物位于有限远时，望远镜的视放大率可以通过移动目镜把像y’’推远到与物y 在一个平面上来测量。如图三。此时： ''tan ',tan y y L L ωω= = 于是可以得到望远镜物像共面时的视放大率： ()() 010''''''e T e L f f y y f L f +Γ= =- 可见，当物距L 1大于20倍物镜焦距时，它和无穷远时的视放大率差别很小。 可见，当物距L 1大于20 倍物镜焦距时，它和无穷远时的视放大率差别很小。 图3 测望远镜物象共面时的视放大率 二、显微镜 1、显微镜的基本光学系统 显微镜的物镜、目镜都是会聚透镜，位于物镜物方焦点外侧附近的微小物体经物镜放大后先成一放大的实像，此实像再经目镜成像于无穷远处，这两次放大都使得视角增大。为了适于观察近处的物体，显微镜的焦距都很短。 图4 显微镜基本光学系统 使用时需先进行视度调节使分划板叉丝的像位于人眼明视距离处，再调焦使被观察物清晰可见并与分划板叉丝的像无视差。 2、显微镜的视放大率。 显微镜的视放大率定义为像对人眼的张角的正切和物在明视距离D =250㎜处时直接对人眼的张角的正切之比。于是由三角关系得：
第5 节显微镜和望远镜 1、(多选)人类借助于显微镜和天文望远镜看到了人眼所不及之处,实现了对微观世界和浩瀚宇宙的探索。图中的甲和乙是显微镜和天文望远镜的结构示意图,则下列说法中正确的是( ) A. 显微镜的物镜成放大的虚像 B. 望远镜的物镜成缩小的实像 C. 显微镜的目镜成放大的实像 D. 望远镜的目镜成放大的虚像 2、如图所示,显微镜由两组凸透镜组成,来自被观察物体的光经过物镜后成一个放大的实像,成像原理与此相同的是( ) A. 照相机的镜头 B. 投影仪的镜头 C. 放大镜 D. 平面镜 3、从显微镜的结构图中的光路图可以看出( )
A. 目镜的焦距比较长,物镜的焦距比较短 B. 目镜的焦距比较短,物镜的焦距比较长 C. 目镜和物镜的焦距一样长 D. 对目镜和物镜焦距的长度没有明确的要求 4、用显微镜和普通天文望远镜观察物体时,你注意过像的正倒吗?如果还没注意过,请你根据已学过的光学知识判断,关于像的正倒,以下说法正确的是( ) A. 用显微镜观察时像是倒立的,用天文望远镜观察时像是正立的 B. 用显微镜观察时像是倒立的,用天文望远镜观察时像是倒立的 C. 用显微镜观察时像是正立的,用天文望远镜观察时像是倒立的 D. 用显微镜观察时像是正立的,用天文望远镜观察时像是正立的 5、如图所示,小明取来两个焦距不同的放大镜,分别用一只手握住其中一个来模仿望远镜,他通过两个透镜看到前面远处木棉树的叶子,调整两个透镜的距离,直到看清楚为止,下列说法正确的是( ) A. 靠近眼睛的透镜是物镜,靠近被观测物的是目镜 B. 用望远镜观察远处木棉树的叶子,物镜得到的是放大的像 C. 两透镜互换后再观察叶子,人看到的像是放大的 D. 目镜能把物镜成的像放大
望远镜与显微镜 【学习目标】 知道望远镜和显微镜的成像原理，知道望远镜和显微镜的发明和发展对人类的重要作用。 【重点难点】重点：通过实验让学生感知望远镜和显微镜的作用. 难点：望远镜、显微镜的基本结构和成像性质。 【学习过程】 1．引入新课 学生体会望远镜和显微镜在现代医学和科学研究领域的巨大作用 大家都知道，在人类同疾病作斗争的历史上，找到象痢疾菌、伤寒菌、爱滋病病毒、非典病毒等样本是找到抑制或杀死这些细菌或病毒的关键。 而透望天空、漫步宇宙是人类走向未来的必由之路，那么，科学上进行这些显微、远望等探究的重要工具显微镜和望远镜是怎样的成像原理呢？ 2．通过两个透镜观察物体（利用好与教材配套的《物理实验》中两个活动） 学生利用一个凹透镜和两个焦距不同的凸透镜，进行不同的组合，再利用组合透镜分别观察较近和较远的物体。 （1）望远镜 ①简介望远镜的偶然发明 ②学生活动：通过两个透镜观察物体《物理实验》中活动4.7 对照完成伽利略望远镜与开普勒望远镜的组装，得出观察结果。 总结：伽利略望远镜与开普勒望远镜 学生看书：生活·物理·社会 （2）显微镜 学生活动：分组自制水滴显微镜。《物理实验》中活动4.8 学生讨论分析细小物体通过目镜和物镜分别成什么像。 老师总结。 3．典型例题 例 1 德国天文学家制成了专门用于观察天体的望远镜，其物镜是由焦距较的透镜制成的，目镜是由焦距较的透镜制成的。通常的望远镜是由______________组成，望远镜的主要作用是_____________________________________；显微镜的物镜和目镜都是_______透镜，显微镜的主要作用是________________________ _____________________________. 例2 用一个凹透镜和凸透镜可制成一架镜，用两个焦距不同的凸透镜既可制成镜，又可制成镜，若用来观察细小的物体，必须用焦距的做物镜，用焦距的做目镜（选填“长”或“短”）。
如何自组显微镜和望远镜？ 1. 自组显微镜和望远镜( hkais 2008-07-04 23:59:17 提供资料) 查看详情>>> 可以在下面这个论坛上面找，就有相关的制作文章。 望远镜论坛望远镜、天文望远镜、显微镜的研究与制作及二手交易的论坛... 镜之家--望远镜论坛 2. 自组显微镜和望远镜( gm807 2008-08-23 11:48:38 提供资料) 查看详情>>> 1.仪器的准备 望远镜实验 光学平台，标尺，物镜，目镜，二维架，二维平移底座，三维平移底座等。 显微镜实验 光源，微尺，透镜架，物镜，目镜，三维平移底座，升降调节架，毫米尺，双棱镜架等。 2.望远境步骤 自组望远镜 (1)参照光路图组成望远镜，向约3米远处的标尺调焦，使标尺的像清晰可见，并对准两个红色指标间的“E”字(距离为d1)； (2)观察者用一只眼睛观察望远镜视场中标尺的像，另一只眼睛直接注视标尺，在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度d1。 (3)求出自组望远镜的放大率，并与计算出的放大率作比较。 3.显微境步骤 (1)按光路图布置各器件，目测调至共轴。 调节光源，微尺，物镜和目镜之间的距离，在显微镜系统中得到清晰的放大的微尺的像。 (2)在目镜之后置一与主光轴成45°角的平玻璃板（半透半反），距此玻璃板25cm处置一白光源照明的毫米尺; (3)测量显微镜的放大率：通过显微镜能看到微尺的放大像，这个像与半透半反镜所成的标尺的像在同一平面上，从这两个像的大小之比求得显微镜的放大率。 (4)测量物镜与目镜之间的距离，并比较显微镜的测量放大率与计算放大率。 3. 自组显微镜和望远镜( 黄燕 2008-08-13 16:32:05 提供资料) 查看详情>>> 1,比较各种测量薄透镜焦距的方法,设计出测量焦距的光路,并测量出实验提供的所有透镜的焦距,从中选择出适合组装显微镜和望远镜的透镜. 2,设计出自组望远镜的光学系统,画出光路图,说明结构和简单原理,并用你选择的透镜组成望远镜 3,设计出自组显微镜的光学系统,画出光路图,说明结构和简单原理,并用你选择
望远镜与显微镜教学设计 一：设计思路： 透镜对光的作用和凸透镜成像是本章的核心内容。该章所有教学内容都是围绕这个核心展开。因此望远镜与显微镜是凸透镜成像规律内容的拓展，是利用两个透镜的组合看物体。学习本节知识对学生加深理解凸透镜成像原理，开阔眼界，感受到物理知识与日常生活实际的联系是非常紧密的，了解科学知识的应用，提高自身的科学素质都有益。同时对创造学中的“组合法”有一个浅显认识，以提高创造力和实践能力；本节须突出实践性动手探究活动和“模型”制作来完成学习目标,通过利用自制的望远镜和显微镜来总结出望远镜与显微镜的原理是本节课的重点。 二、学情分析： 学生已学过透镜对光的作用及凸透镜成像规律，有了一定理解本节内容基础。但由于学校教学器具的缺乏，凸透镜成像规律实验未能完成必要的学生独立探究的过程，理解成像规律不深。而本节的显微镜、望远镜的成像原理又比较抽象，学生在理解上有些困难，对二次成像不是认识能理解好的。为了克服本节学习障碍，能达到基本认识显微镜和望远镜的结构及成像原理的目的，通过利用自制的望远镜和显微镜的组装与探究来总结出望远镜与显微镜的原理，从而激发学生的学习兴趣。 三、教学目标： 知识与技能：了解望远镜与显微镜的结构和原理。 过程和方法：通过自制的望远镜与显微镜来探究望远镜与显微镜的原理,培养学生动手动脑的习惯。
情感、态度、价值观：乐于参与观察、实验、制作等科学实践。 四、学重难点： 重点：探究并了解望远镜与显微镜的原理。 难点：探究望远镜与显微镜的原理。 五、教学资源：希沃电子白板 手机 学生自制望远镜与显微镜 六、教学流程图： 七、教学过程： (一)导入新课：同学们，上课之前呢先给大家将两个小故事，你们想听故事吗？ 生：…… 师：小故事1：17世纪初的一天,荷兰小镇的一家眼镜店的主人利伯希,为检查磨制出来的透镜质量,把两个透镜排成一条线,通过透镜看过去,发现远处的教堂塔尖好像变大拉近了,于是在无意中发现了望远镜的秘密.
实验二 自组望远镜 一、实验目的 （1）了解望远镜的工作原理和用途。 （2）掌握构建望远镜的光路和元件。 （3）测试望远镜的视放大率。 二、原理概述 望远镜也是由物镜和目镜组成，是用来把远处物体的观察视角放大的仪器(望远镜所成像对人眼的视角大于物体本身对人眼的视角)，由于物体位于距物镜很远的地方，故望远镜只能起到把物体拉近的作用，也就是它的线放大倍数通常小于一，而视角放大倍数是大于一的。如(图2-1)所示，物镜把远处物体成像在像方焦点附近(外侧)，为一缩小的倒立实像。目镜进一步把此实像放大为虚像，以提高其观察视角。由前述可知，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点是大致重合的。当用在观测无限远物体时，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔Δ=0。当用在观测有限距离的物体时，物镜和目镜的光学间隔是一个不为零的小量。一般研究，可认为望远镜是由光学间隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。 不难证明(参阅《物理光学与应用光学》 相关内容 P379-384)望远镜的视角放大率 ''tan 'tan 2 '1D D f f -=-==ωωΓ (2-1) 式中1'f 是物镜像方焦距，2'f 是目镜像方 焦距，D 为入瞳直径(也是物镜孔径)，'D 为出瞳直径。 当物镜和目镜都为正焦距(0,0'2'1>>f f )的光学系统时，如开普勒(Kepler)望远镜， 则放大率Γ为负值，系统成倒立的像；当物镜的焦距为正(0'1>f )，目镜的焦距为负(0' 2 课题：望远镜与显微镜 一、教材分析： 本章所有教学内容都是围绕透镜对光的作用和凸透镜成像这个核心内容展开，因此望远镜与显微镜是凸透镜成像规律内容的拓展。本节内容在物理课程标准中没有具体要求，根据教材内容组织学生自制水滴显微镜，以进一步理解其成像情况及原理。学习本节知识对学生加深理解凸透镜成像原理，开阔眼界，感受到物理知识与日常生活实际的联系是非常紧密的，了解科学知识的应用，提高自身的科学素质都有益。 二、学情分析： 学生已学过透镜对光的作用及凸透镜成像规律，有了一定理解本节内容的基础。凸透镜成像规律实验已由学生独立完成探究的过程，但成像规律尚不熟练。而本节的显微镜、望远镜的成像原理又比较抽象，学生在理解上有些困难，对二次成像更是难于理解。自制水滴显微镜实验能有效克服学生对本节学习存在的障碍，从而达到基本认识显微镜和望远镜的结构及成像原理的目的。 三、教学目标： 知识与技能： 通过活动了解显微镜和望远镜的基本结构及成像原理。 过程与方法： 尝试应用科学规律解释具体问题，获得初步的分析概括能力，尝试用组合法学习及提升科学探究能力。 情感、态度及价值观： 初步认识望远镜和显微镜对人类探索宇宙和人类生活的影响。 四、教学重点及难点： 重点：引导学生，通过自己的观察，了解望远镜与显微镜的基本组成和功能。 难点：如何让学生通过两个透镜组合得出显微镜、望远镜的成像情况以及原理。五、教法与学法： 教法：采用探究式、启发式、自学和直观教学法。 学法：釆用模拟方法，发现方法，对比方法，训练法等形式学习。 六、教学资源： 教师使用：望远镜各两个、学生用显微镜、实物投影仪、电脑等。 学生分组：焦距50mm、300mm，焦距-75mm的凹透镜各一个（两人一组）、喜之郎圆形果冻外壳（或圆形中药丸和药粒外壳）、白纸、滴管一支、头发丝、一片树叶、每组望远镜一个。 七、教学过程： （一）新课引入 “三星堆纵目青铜面具”的出土远在古代，天性好奇的人类就产生了认识宇宙的浓厚兴趣。今天我们是借助什么工具来认识遥远的宇宙？又是借助什么工具来观 一、实验目的 1.通过实验掌握显微镜、望远镜的基本原理； 2.通过实际测量，了解显微镜、望远镜的主要光学参数； 3.根据指示书提供的参考材料自己选择2套方案，测出水准仪的放大率并比较与实验结果是否相符。 二、实验器材 1．显微镜实验：测量显微镜、分辨率板、分辨率板放大图、透明刻线板、台灯，高倍（40×、45×）、中倍（8×或10×）、低倍（2.5×、3×或4×）显微物镜各一个，目镜若干（4×、5×、10×、15×等）。 2．望远镜实验：25×水准仪、平行光管、1×长工作距测量显微镜、视场仪、白炽灯、钢板尺、升降台、光学导轨、玻罗板、分辨率板。 三、实验原理 （1）显微镜原理： 显微镜是用来观察近处微小物体细节的重要目视光学仪器。它对被观察物进行了两次放大：第一次是通过物镜将被观察物成像放大于目镜的分划板上，在很靠近物镜焦点的位置上成倒立放大实像；第二次是经过目镜将第一次所成实像再次放大为虚像供眼睛观察，目镜的作用相当于一个放大镜。 由于经过物镜和目镜的两次放大，显微镜总的放大率Γ应是物镜放大率β和目镜放大率Γ1的乘积。 Γ＝β×Γ 1 绝大多数的显微镜，其物镜和目镜各有数个，组成一套，以便通过调换获得各种放大率。显微镜取下物镜和目镜后，所剩下的镜筒长度，即物镜支承面到目镜支承面之间的距离称为机械筒长。我国标准规定机械筒长为160毫米。 显微镜的视场以在物平面上所能看到的圆直径来表示，其视场受安置在物镜像平面上的专设视场光阑所限制。 显微镜的分辨率即它所能分辨的两点间最小距离： nSinU λδ61.0= 式中：λ为观测时所用光线的波长；nSinU 为物镜数值孔径（NA ）。 从上式可见，在一定的波长下，显微镜的分辨率由物镜的数值孔径所决定，光学显微镜的分辨率，基本上与所使用光的波长是一个数量级。为了充分利用物镜的放大率，使被物镜分辨出来的细节，能同时被眼睛所看清，显微镜应有恰当的放大率。综合考虑显微物镜和人眼自身的分辨率，可得出显微镜适当的放大率范围是： 500NA<Γ<1000NA 这个范围的放大率称为有效放大率。如使用比有效放大率更小的放大率，则不能看清物镜已经分辨出的某些细节；如取用高倍目镜得到比有效放大率上限更 ——教学资料参考参考范本——【初中教育】最新人教版物理八年级上册第五章第五节显微镜和望远镜同步训练（解析版）word版 ______年______月______日 ____________________部门 显微镜和望远镜同步训练 一、单选题（共13题；共26分） 1、第一位把望远镜用于科学研究的是意大利物理学家（） A、牛顿 B、伽利略 C、富兰克林 D、开普勒 2、下列仪器中，不能用于观测天体的是（） A、光学望远镜 B、放大镜 C、X射线望远镜 D、射电望远镜 3、在生物实验课上，小明想详细地观察洋葱表皮细胞结构，请你为他选择一种合适的观察仪器（） A、平面镜 B、放大镜 C、望远镜 D、显微镜 4、显微镜和望远镜都装有一组目镜，目镜的作用相当于（） A、投影仪的镜头 B、一个放大镜 C、照相机镜头 D、以上说法都不对 5、上生物实验课时，小刚发现他所用的显微镜是目镜、物镜上分别标有5倍和10倍字样，则他所用显微镜的放大倍数为（） A、5倍 B、10倍 C、15倍 D、50倍 6、使用望远镜时（） A、物镜成实像，目镜成虚像 B、由于没有光屏，物镜、目镜都成虚像 C、物镜成虚像，目镜成虚像 D、由于物距远大于焦距，物镜、目镜都成实像 7、用显微镜观察物体时，若在显微镜下观察到的物像在视野右下方，要想将物像置于视野正中央，应将装片移向（） A、右上方 B、右下方 C、左上方 D、左下方 8、远处的物体在望远镜中成的像为什么在其焦点附近？下列说法正确 的是（） A、因为物镜的焦距太大 B、因为物镜的焦距太小 C、物体离物镜 太远D、物体离物镜太近 9、小明取来两个焦距不同的放大镜，分别用一只手握住其中一个来模 仿望远镜，它通过两个透镜看到前面远处木棉树的叶子，如图所示， 调整两个透镜的距离，直到看的清楚为止，下列说法正确的是（）A、靠近眼镜的透镜是物镜，靠近被观测物的是目镜B、用望远镜观察远处木棉树的叶子，物镜得到的是放大的像C、两透镜互换后再观察 叶子，人看到的像都是放大的D、目镜能把物镜成的像放大 10、关于望远镜的一些说法不正确的是（） A、望远镜的物镜成缩小的实像 B、所有的望远镜都是由两个凸透镜组成的 C、望远镜的物镜直径越大，越容易观察到较暗的物体 D、天文 爱好者用的望远镜，目镜的焦距比较短，物镜的焦距比较长 11、望远镜是用两组凸透镜组成的，下面关于望远镜的说法中正确的 是（） A、目镜、物镜直径相同 B、目镜、物镜焦距相同 C、通过目镜看到天 体的像比实际的天体大D、物镜直径比目镜直径大，目的是为了会聚 更多的光 12、如图所示是一种天文望远镜的光路图，分析图光路图可知它的物 镜是（） A、平面镜 B、凹透镜 C、凹面镜 D、凸透镜 13、显微镜能对微小的物体进行高倍数放大，它利用两个焦距不同的 凸透镜分别做为物镜和目镜，则物镜和目镜所成的像是（） 第五节显微镜和望远镜 ●教学目标 一、知识目标 了解显微镜和望远镜的基本结构. 二、能力目标 1.通过观察引导学生发散思维. 2.培养学生综合运用所学知识的能力. 三、德育目标 初步认识科学技术对于社会发展和人类生活的影响. ●教学重点 知道显微镜和望远镜的基本结构. ●教学难点 利用两组凸透镜成像规律理解显微镜和望远镜的原理. ●教学用具 投影仪、投影片、显微镜、望远镜、放大镜、挂图、火柴盒、无色透明塑料膜、水、烧杯、滴管、装片（植物）. ●课时安排 1课时 ●教学过程 一、创设情景，引入新课 ［师］我们在白纸上画一个小箭头，用两个火柴盒压住，在它上面放一块无色透明的塑料膜，用滴管从烧杯中吸上一些水，小心地把一个小水滴滴在塑料膜上，观察到什么现象？ ［教师巡回指导，让学生们调整水滴跟桌面的距离，或滴管改变水滴的直径］ ［生甲］观察到一个正立、放大的箭头. ［生乙］观察到一个倒立、放大的箭头. ［生丙］从实验中可得出小水滴相当于一个凸透镜. ［生丁］改变水滴跟桌面的距离可得到正立放大的箭头和倒立放大的箭头. ［师］同学们回答的很好，说明大家观察很认真，那么如何能放大的更大？ 学生们再一次调整或借用其他仪器尝试. ［生甲］从水滴看到一个和原来方向相反放大的箭头.再用一只放大镜来观察水滴.当放大镜移到一定位置，看到一个清晰的和原来方向相反的被放得很大的箭头. ［学生们对这个结果很迷惘］ ［师］看投影，在胶片上我画了个很小很小的三角形，经过投影仪，在屏幕上成倒立、放大的像，现在通过放大镜，再看看. ［生甲］看到比原来三角形大好几倍的三角形. ［学生们走出困惑，情绪高涨］ ［师］人眼观察物体的细微结构时，分辨本领是有限的.把物体移近些，可以看得清楚些，借用放大镜可以看得更清楚些，但对于太细微的结构，如生物的细胞，移得再近，用放大镜也是看不清楚的.我们从实验中可看出用两个凸透镜可以放得更大.利用这个原理就制成了显微镜，想了解它吗？想了解什么？ 二、新课教学 ［生甲］显微镜的构造？ ［生乙］显微镜的原理是什么？ ［生丙］如何使用显微镜？ 薄透镜焦距测量及自组显微镜、望远镜 【学习重点】 1. 了解和掌握透镜焦距的简单测量方法 2. 掌握显微镜和望远镜的基本结构、工作原理及其调节和使用方法 【仪器用具】 1.5米光具座、透镜夹持架、凸透镜三个、半透半反镜、平面镜、分化板、钨灯光源 【预习重点】 1． 自准法测量透镜的原理 2． 位移法测量透镜焦距的原理 3． 显微镜和望远镜的工作原理 4． 显微镜和望远镜放大倍数的定义及测量中如何运用的 【背景知识】 1． 自准法：自准法是自准直技术的简称，它在平行光管和测量望远镜的调整、测量球面和非球面的面型以及测量透镜或光学系统的焦距等方面有着广泛应用，是几何光学实验中经常采样用的一种实验技术。无限远的物经 透镜成象，象处在透镜的焦平面上。准直技术在光学实验中通常是指产生平行光束或获 得处于无限远的物的方法。自准法测量透镜 焦距就是首先利用待测透镜自身产生一个位 于无限远的物，再用待测透镜对它成象，通 过测量象与透镜之间的距离来确定透镜的焦 距。自准直法测量透镜焦距的原理如图1所 示。当物y 位于透镜的焦平面上时，经透镜L 和平面反射镜所组成的光学系统后，如果在焦平面上成一与物等大的到立实象，物到透 镜中心的距离就是透镜的焦距。 2． 位移法又称贝塞尔法或二次成象法。测量原理如图2所示。首先选定物象间的距离A 。 如果透镜在这个距离间能有两个成象位置，两个成象位置之间的距离为d 。 A d A f 4'2 2-= 从理论上可知，只要'4A f >， 上述公式都成立，在实验之前思 考一下，在实验中这个条件还成 立吗？如果不成立，原因是什 么？ 3． 显微镜是一种助视光学仪器。显 微镜是用来观察和测量有限远 微小目标的工具，光学显微镜根 据具体用途可分为许多种类，在 图1 自准直法测量透镜焦距 图2 位移法测量透镜焦距 xx 光学显微镜是为了使肉眼看不清楚的标本影像，人们设想经过一种装置，使肉眼能够观察到该标本组织形态和其间的结构。这种设想的装置就被后人创造问世了。当前广泛应用在各种微小物体的观察、测定、分析、分类、鉴定等。在波长范围上也不限於可见光波段(4000~7000)而且(＞2000)到红外(1~2u)以及用眼睛观察、显微、摄影和一般辐射检测器放大。 显微镜的分类是根据照明方法，有透射型与反射(落射)型二种。透射型显微镜是应用透射照明通过透明物体的打光方法。反射型显微镜是以物镜上方打光到(落射照明)不透明的物体上。另一种分类方法，系根据观察方法的差异，分为明视野显微镜、暗视野显微镜、相位差显微镜、偏光显微镜、干涉相位差显微镜、萤光显微镜等。每种显微镜一般又各有透射型和反射型二种。在这些显微镜中，特别是明视野显微镜是构成所有显微镜中组成最基本的基础。通过这种显微镜观察的物体，穿过透过(吸收)率、反射率，因场所不同而各不相同，这种物体被称为随照明光强度(振幅)变化振幅物体，无色透明物体只有在照明相位改变时，才能被肉眼观察到，由於明视野显微镜不能改变相位，所以对透明不染色标本不能被观察到。 倍率、数值孔径与视场数 显微镜的综合倍率是物镜倍率G1与目镜倍率G2的乘积，G＝G1×G2。G1是1~100倍，G2是5~20的范围。 数值孔径(NumericalAperture)N. A.是决定物镜的分辨率、焦深、图像亮度的基本数据，如图所示，当物镜焦点对好后，物镜前透镜最边缘处的倾斜光线与显微镜光轴所交角成α，此即该物镜的半孔径角设标本数据空间的折射率为n，则N. A.＝n×sinα。 n通常在空气中为1，在物镜与标本间浸入水、甘油、油脂时，该标本折射率，即随浸液不同而异。这种物镜称为浸液系物镜；如是空气时，称为乾燥系物镜。 大学物理实验报告 【实验名称】望远镜和显微镜 【实验目的】 （1）了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法； （2）了解视放大率等概念并掌握其测量方法； （3）进一步熟悉透镜成像规律。 【实验原理】 （一）望远镜 1．望远镜基本光学系统 基本的望远系统是由物镜和目镜组成的无焦系统，物镜L0的像方焦点'o F与目镜e L的物方焦点e F重合，如图所示。无穷远物体发出的光经物镜后在物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜（短焦距）将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。为了利于对远处物体的观测，望远镜物镜的焦距一般较长。 1. 望远镜的基本光学系统 图示望远镜，物镜与目镜均为会聚透镜，这种望远镜称为开普勒望远镜，其优点是可在物镜与目镜之间的中间像平面上安装分划板（其上有叉丝和刻尺）以供瞄准或测量。实验装置中用到的望远镜（如分光计上的望远镜，光杠杆系统中的望远镜等）均为开普勒望远镜，在中间像平面上装有分划板。 实际上，为方便人眼观察，物体经望远镜后一般不是成像于无穷远，而是成虚像于人眼明视距离处；而且为实现对远近不同物体的观察，物镜与目镜的间距即镜筒长度可调，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点可能会不重合。使用望远镜时，观察者应先调目镜看清分划板，使分划板成像于人眼明视距离处，再调节望远镜镜筒长度，即改变物镜、目镜间距，使被观察物清晰可见并与分划板叉丝无视差。 2. 望远镜的视放大率 视放大率Γ定义为目视光学仪器所成的像对人眼的张角（记为ω’）的正切与物体直接对人眼的张角（记为ω）的正切之比，即： tan 'tan ωωΓ= 对图示望远镜，有： y'''tan ,tan ''o e e y y f f f ω=ω== 因此，望远镜的视放大率T Γ为 T o '=' e f f Γ 其中，e f 、'e f 分别是e L 的物方焦距、像方焦距，e f ＝'e f 。 实际测量望远镜无焦系统的视放大率时，可以利用图示光路。 用仪器测出像高''y ，从三角关系可得出： ''''' o o T e e f f y f f y Γ= == 因此无焦系统的视放大率可测出。 测量望远镜的视放大率图 3. 物像共面时的视放大率 当望远镜的被观察物位于有限远时，望远镜的视放大率可以通过移动目镜把像''y 推远到与物y 在一个平面上来测量。如图所示： 实验7.1自组显微镜和望远镜 一．目的 1.测量实验室提供透镜的焦距，选出适合组成显微镜和望远镜的透镜组 2.设计出自组显微镜的光学系统，画出光路图。说明其结构和简单原理。并用选择的透镜 组成显微镜 3.设计出自组望远镜的光学系统，画出光路图。说明其结构和简单原理。并用选择的透镜 组成望远镜 4.测量自组显微镜的视觉放大率，画出其测量光路。 5.估测出自组望远镜的视觉放大率。 二．仪器 GsZ-Ⅱ光学平台、带有毛玻璃的白炽灯光源、薄透镜、分束镜（1：1）、可调支架、分划板（0.1mm、0.2mm和1mm）、白色像屏等。 三．原理 1．测量薄透镜焦距的方法 自准法：自准法是自准直技术的简称。无限远的物 经透镜成象，象处在透镜的焦平面上。自准直技术在光 学实验中通常是指产生平行光束或获得处于无限远的物 的方法。自准法测量透镜焦距就是首先利用待测透镜自 身产生一个位于无限远的物，再用待测透镜对它成象， 通过测量象与透镜之间的距离来确定透镜的焦距。自准 直法测量透镜焦距的原理如图1所示。当物y位于透镜 的焦平面上时，经透镜L和平面反射镜所组成的光学系 统后，如果在焦平面上成一与物等大的到立实象，物到 透镜中心的距离就是透镜的焦距。 最简单的显微镜和望远镜都由两个正焦透镜组成（物镜，目镜）。物镜作用是使物体成像于目镜物方焦点以内，并且靠近物方焦点或位于物方焦点处；目镜起放大镜作用。2．自组显微镜的光学系统的结构及简单原理 显微镜是一种助视光学仪器。显微镜是用来观察和测量有限远微小目标的工具。选择两块合适的透镜作显微镜的物镜和目镜，调整使光学系统共轴（等高共轴）。固定两透镜之间的距离L为18cm。 被观察的物y1处在物镜前面一倍焦距和二倍焦距之间，它经物镜在目镜的焦平面上成 望远镜和显微镜 实验报告 BME8鲍小凡15 【实验目的】 （1）了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法； （2）了解放大率等的概念并掌握其测量方法； （3）进一步熟悉透镜成像规律。 【实验原理】 一、望远镜 1、望远镜的基本光学系统 无穷远处物体发出的光经物镜后在物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。 图1 望远镜的基本光学系统 使用望远镜时，应先调目镜，看清分划板，再调镜筒长度。使被观察物清晰可见并与分划板叉丝无视差（中间像落在分划板平面上）。 2、望远镜的视放大率。 记目视光学仪器所成的像对人眼的张角为ω’，物体直接对人眼的张角为ω，则视放大率： tan 'tan ωωΓ= 由几何光路可知： 0'''tan ,tan '''e e y y y f f f ωω= == 因此，望远镜的视放大率： 0' 'T e f f Γ= 实际测量望远镜无焦系统的视放大率时，利用图二所示的光路图。当物y 较近时，即物距： () 100'1''e L f f f <+ 时，物镜所成的像会位于O e 右侧（实像）或左侧（虚像），经目镜后，即成缩小的实像y’’，于是视放大率： 00'''''T e e f f y f f y Γ= == 图2 测望远镜的视放大率图 3、物像共面时的视放大率。 当望远镜的被观测物位于有限远时，望远镜的视放大率可以通过移动目镜把像y’’推远到与物y 在一个平面上来测量。如图三。此时： ''tan ' ,tan y y L L ωω= = 于是可以得到望远镜物像共面时的视放大率： ()() 010''''''e T e L f f y y f L f +Γ= =- 可见，当物距L 1大于20倍物镜焦距时，它和无穷远时的视放大率差别很小。 可见，当物距L 1大于20倍物镜焦距时，它和无穷远时的视放大率差别很小。 图3 测望远镜物象共面时的视放大率 二、显微镜 1、显微镜的基本光学系统 显微镜的物镜、目镜都是会聚透镜，位于物镜物方焦点外侧附近的微小物体经物镜放大后先成一放大的实像，此实像再经目镜成像于无穷远处，这两次放大都使得视角增大。为了适于观察近处的物体，显微镜的焦距都很短。 图4 显微镜基本光学系统 使用时需先进行视度调节使分划板叉丝的像位于人眼明视距离处，再调焦使被观察物清晰可见并与分划板叉丝的像无视差。 2019初二物理-第五章-第五节-显微镜和望远镜（含解析） 一、单选题 1.用显微镜和普通天文望远镜观察物体时，你注意过像的正倒吗？如果还没注意过，请你根据已学过的光学知识判断，关于像的正倒，以下说法正确的是 （） A.用显微镜观察时像是倒立的，用天文望远镜观察时像是正立的 B.用显微镜现察时像是倒立的，用天文望远镜观察时像是倒立 C.用显微镜观察时像是正立的，用天文望远镜观察时像是倒立的 D.用显微镜观察时像是正立的，用天文望远镜观察时像是正立的 2.在我县举办的青少年科技节上，某中学天文爱好兴趣小组自制一台天文望远镜，下列说法正确的是（） A.它的物镜和显微镜的物镜作用相同 B.它的物镜相当于放大镜，用来把物体放大 C.它的物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成虚像 D.它由两组透镜组成，靠近眼睛的为目镜，靠近被观测物体的为物镜 3.对于由两组凸透镜组成的望远镜来说，物镜和目镜所成的像分别是（） A.放大的实像，放大的虚像 B.缩小的实像，缩 小的虚像 C.缩小的实像，放大的虚像 D.放大的实像，放大的虚像 4.有一种望远镜是由两组凸透镜组成的，其中物镜和目镜的作用分别是（） （1）成倒立、缩小、实像；（2）成倒立、等大、实像；（3）成倒立、放大、实像；（4）成正立、放大、虚像． A.（1）（3） B.（2）（3） C.（1） （4） D.（4）（2） 5.下列关于显微镜说法中正确的是（） A.通过目镜看到的是正立的实像 B.通过目镜看到的是倒立的实像 C.将被观察物体向左移，通过目镜看到的像则向右移 D.反光镜的作用是为了成正立的虚像 6.显微镜和望远镜都是由物镜和目镜组合而成的，显微镜的目镜的成像原理及其作用类似于（） A.一个放大镜 B.投影仪镜头 C.照相机镜头 D.一个平面镜 7.某同学用显微镜观察蛔虫卯时发现视野中有一小污点，为了判断此污点究竟位于玻片上还是位于显微镜的镜头上，该同学进行了如下操作：①移动玻片，结果视野中污点不移动；①移动转换器，将低倍物镜转换成高倍物镜，结果视野中原先的污点仍然存在．由此可以推测 人教版八年级上册物理《显微镜和望远镜》教案 人教版八年级上册物理《显微镜和望远镜》教案 教学目标 一、知识目标 了解显微镜和望远镜的基本结构。 二、能力目标 1.通过观察引导学生发散思维。 2.培养学生综合运用所学知识的能力。 三、德育目标 初步认识科学技术对于社会发展和人类生活的影响。 教学重难点 ●教学重点 知道显微镜和望远镜的基本结构。 ●教学难点 利用两组凸透镜成像规律理解显微镜和望远镜的原理。 教学工具 课件 教学过程 一、创设情景，引入新课 [师]我们在白纸上画一个小箭头，用两个火柴盒压住，在它上面放一块无色透明的塑料膜，用滴管从烧杯中吸上一些水，小心地把一个小水滴滴在塑料膜上，观察到什么现象? [教师巡回指导，让学生们调整水滴跟桌面的距离，或滴管改变水滴的直径] [生甲]观察到一个正立、放大的箭头。 [生乙]观察到一个倒立、放大的箭头。 [生丙]从实验中可得出小水滴相当于一个凸透镜。 [生丁]改变水滴跟桌面的距离可得到正立放大的箭头和倒立放大的箭头。 [师]同学们回答的很好，说明大家观察很认真，那么如何能放大的更大? 学生们再一次调整或借用其他仪器尝试。 [生甲]从水滴看到一个和原来方向相反放大的箭头。再用一只放大镜来观察水滴。当放大镜移到一定位置，看到一个清晰的和原来方向相反的被放得很大的箭头。 [学生们对这个结果很迷惘] [师]看投影，在胶片上我画了个很小很小的三角形，经过投影仪，在屏幕上成倒立、放大的像，现在通过放大镜，再看看。 [生甲]看到比原来三角形大好几倍的三角形。 [学生们走出困惑，情绪高涨] [师]人眼观察物体的细微结构时，分辨本领是有限的。把物体移近些，可以看得清楚些，借用放大镜可以看得更清楚些，但对于太细微的结构，如生物的细胞，移得再近，用放大镜也是看不清楚的。我们从实验中可看出用两个凸透镜可以放得更大。利用这个原理就制成了显微镜，想了解它吗?想了解什么? 二、新课教学 [生甲]显微镜的构造? [生乙]显微镜的原理是什么? [生丙]如何使用显微镜? 结合课本图3.5-1投影。让学生讲解。 [生甲]显微镜镜筒的两端各有一组透镜，每组透镜的作用都相当于一个凸透镜。 [生乙]靠近眼睛的凸透镜叫做目镜。 [生丙]靠近被观察物体的凸透镜叫做物镜。 自组望远镜或显微镜并测量其视觉放大率 望远镜和显微镜都是助视光学仪器，是观察或测量时常用的仪器，它们有时也是其他一些光学仪器(如分光计等)的重要组件。因此，了解它们的构造原理并掌握它们的使用方法不仅有利于加深理解透镜成像的规律，而且能为正确使用其他光学仪器打下基础。 实验目的 (1)了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法； (2)了解视放大率等的概念并掌握其测量方法； (3)进一步熟悉透镜成像规律。 实验原理 望远镜主要用于观察远处的目标，显微镜主要用于观察近处的微小物体，它们的作用都是增大被观察物对人眼的张角，起着视角放大的作用。两者的光学系统比较相似，都是由物镜和目镜组成，物体先通过物镜成一中间像，再通过目镜来观察。两者对物体的放大能力都是通过视放大率来表示(在本实验中我们只关心放大率的大小，不考虑其符号)。 望远镜(telescope) 基本的望远系统是由物镜和目镜组成的无焦系统，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合。无穷远物体发出的光经物镜后在物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜(短焦距)将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。为了利于对远处物体的观测，望远镜物镜的焦距一般较长。 图1 望远镜的基本光学系统图 图1所示的望远镜，物镜与目镜均为会聚透镜，这种望远镜称为开普勒望远镜，其优点是可在物镜与目镜之间的中间像平面上安装分划板(其上有叉丝和刻尺)以供瞄准或测量。实验装置中用到的望远镜(如分光计上的望远镜、光杠杆系统中的望远镜等)均为开普勒望远镜，在中间像平面上装有分划板。 实际上，为方便人眼观察，物体经望远镜后一般不是成像于无穷远，而是成虚像于人眼明视距离处；而且为实现对远近不同物体的观察，物镜与目镜的间距即镜筒长度可调，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点可能会不重合。使用望远镜时，观察者应先调目镜（这称为视 第五章第五节显微镜和望远镜 一、填空题 1.眼球好像一架照相机，晶状体和角膜的共同作用相当于一个__________，它把来自物体的光__________在视网膜上，形成物体的_________. 2.眼睛通过睫状体来改变晶状体的形状：当睫状体放松时，晶状体变得比较_________，远处物体射来的光刚好_________在视网膜上，就可以看清远处的物体；当睫状体收缩时，晶状体变得比较_________，对光的偏折能力变_________，近处物体射来的光_________在视网膜上，就可以看清近处的物体. 3.产生近视的原因是晶状体变_________，折光能力_________，或者眼球在前后方向上_________，因此来自远处某点的光会聚在视网膜_________，在视网膜上形成一个模糊的光斑. 4.产生远视的原因是晶状体变_________，折光能力_________，或者眼球在前后方向上_________，因此来自近处某点的光会聚在视网膜_________，在视网膜上形成一个模糊的光斑. 5.近视眼镜镜片是一个_________透镜，某同学所戴的近视眼镜镜片的焦距是0.5 m，该同学的眼镜度数是__________________；远视眼镜镜片是一个_________透镜，某人所戴的远视眼镜镜片的焦距是0.5 m，该人的眼镜度数是__________________. 6.显微镜镜筒的两端各有一组透镜，每组透镜的作用相当于一个 __________，靠近眼睛的是_________，靠近被观察物体的是_________，物体经_________成一个放大的像，这个像再经_________放大，就可以看到肉眼看不见的小物体了. 7.我们能不能看清一个物体，与物体对我们的眼睛所成的“视角”大小有关，物体离我们越近，“视角”越_________，看物体越清楚. 8.望远镜物镜的作用是使远处的物体在__________附近成实象，目镜的作用相当于一个__________，用来把这个像__________.天文望远镜的物镜口径做得较大，是为了__________. 9.在合适的照明情况下，正常眼睛观察近处物体最清晰而又不疲劳的距离大约是_________cm；晶状体变得最扁时，能够看到的最远点在_________；晶状体变得最凸时，能看清得最近点大约在离眼睛_________cm处. 二、选择题 10.我们看远处的物体时，下列说法中正确的是（） A.睫状体放松，晶状体变薄，来自物体的光可以会聚在视网膜上 B.睫状体放松，晶状体变厚，来自物体的光可以会聚在视网膜上 C.睫状体收缩，晶状体变厚，来自物体的光可以会聚在视网膜上 D.睫状体收缩，晶状体变薄，来自物体的光可以会聚在视网膜上 11.关于近视，下列说法中正确的是（） A.长时间看近处的物体，晶状体变薄，来自远处物体的光会聚在视网膜前 B.长时间看近处的物体，晶状体变厚，来自远处物体的光会聚在 望远镜和显微镜放大率的测定 望远镜和显微镜是最常用的助视光学仪器，常组合于其它实验装置中使用，如光杠杆、测距显微镜、分光仪等。了解它们的构造原理并掌握它们的调节使用方法，不仅有助于加深理解透镜的成像规律，也为正确使用其它光学仪器打下基础。 Ⅰ 望远镜放大率的测定 【实验目的】 1、了解望远镜的构造原理并掌握其正确使用方法。 2、测定望远镜的放大率。 【实验原理】 1．光学仪器的角放大率 望远镜被用于观测远处的物体，显微镜被用于观测微小的物体，它们的作用都是将被观测物体对眼睛光心的张角（视角）加以放大。显然，同一物体对眼睛所张的视角与物体离眼睛的距离有关。在一般照明条件下，正常人的眼睛能分辨在明视距离cm 25处相距为005.～007.mm 的两点。此时，这两点对眼睛所张的视角约为1′，称为最小分辨角。当远处物体（或微小物体）对眼睛所张视角小于此最小分辨角时，眼睛将无法分辨。因而需借助光学仪器（如放大镜、望远镜、显微镜等）来增大对眼睛所张的视角。它们的放大能力可用角放大率m 表示，其定义为： Φψ≈Φψ=tg tg m ………………………………(1) 式中Φ为明视距离处物体对眼睛所张的视角，ψ为通过光学仪器观察时，在明视距离处的成像对眼睛所张的视角。由于视角的角度值很小，故在具体计算是常用它的正切值予以替代。 图(1) 凸透镜放大的示意图 以凸透镜为例，如图(1)所示：L 为凸透镜，被观测物AB 长为y 1，距眼睛为D 时，y 1对眼睛的视角为Φ。当物体置于透镜焦平面以内的位置时，可得放大的虚像''B A ， 像长为y 2 。调整物距u，使像到眼睛的距离为明视距离D，对眼睛所张的视角为ψ。则此凸透镜的放大率为: m tg tg y D y D y u y D D u ==== ψ Φ 2 1 1 1 (2) 当透镜焦距较小（即u f ≈）时，则 m D f cm f ≈=25 (3) 由上式可见，减小凸透镜的焦距可以增大它的放大率。凸透镜是最简单的放大镜。式（3） 就表示放大镜的放大率。由于单透镜存在像差，它的放大率一般在3倍（3?）以下。为提高其放大率并保持较好的成像质量，常由几块透镜组成复合放大镜。复合放大镜的放大率仍由式（3）计算，式中f代表透镜组的焦距，其放大率可达20?。 2．望远镜放大率的测定 望远镜可以用来观测远处的物体。最简单的望远镜由两个凸透镜组成，其中焦距较长的透镜为物镜。由于被观测物体离物镜的距离远大于物镜的焦距（f u2 >），通过物镜的作用后，将在物镜的后焦面附近形成一个倒立的实像。此实像虽然较原像小，但是与原物体相比，却大大地接近了眼睛，因而增大了视角。然后通过目镜将它放大。由目镜所成的像可在明视距离到无限远之间的任何位置上。 望远镜的放大率定义为最后的虚像对目镜所张视角与物体在实际位置所张视角之比。但由于物距远比望远镜筒的长度大得多，它对眼睛或目镜所张视角实际上和它对物 镜所张视角是一样的。如图（2）所示，图中L o 为物镜，其焦距为f o ；L e 为目镜，其 焦距为f e 。当观测无限远的物体（∞ > u）时，物镜的焦平面和目镜的焦平面重合，物体通过物镜成像在它的后焦面上，同时也处于目镜的前焦面上，因而通过目镜观察时，成像于无限远。此时望远镜的放大率可由图（2）得出 e o o e f f f y f y tg tg m/ ) / /( ) / ( / / 2 2 = = Φ ψ ≈ Φ ψ = (4) 由此可见，望远镜的放大率m等于物镜和目镜焦距之比。若要提高望远镜的放大率，可增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。 图（2）简单望远镜的光路图 当用望远镜观测近处物体时，其成像的光路图可用图(3）来表示。图中u v 11 ,和 u v 22 ,分别为透镜L o 和L e 成像时的物距和像距，Δ是物镜和目镜焦点之间的距离，即光学间隔（在实用望远镜中是一个不为零的小数量）。由图（3）可得《望远镜与显微镜》实验教学设计
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