資源簡介

課題 顯微鏡和望遠鏡
學習目標
1 ． 認識光學顯微鏡和開普勒望遠鏡的主要結構。 2 ． 能說出顯微鏡、望遠鏡的物鏡和目鏡成像情況。
課前學習任務
復習： 1. 凸透鏡的成像原理； 2. 凸透鏡在生活中的應用。
課上學習任務
【學習任務一】 學習、了解顯微鏡的結構和成像原理
物鏡 目鏡
顯微鏡 使被觀察的物體 成 像。 相當于 的鏡頭。 把物鏡成的實像再一次 。 相當于 鏡，成虛像。
【學習任務二】 學習、了解開普勒望遠鏡的結構和成像原理
物鏡 目鏡
開普勒 望遠鏡 使遠處的物體 成 像； 相當于 的鏡頭。 使物體經過物鏡所成的像，再經過目鏡 成 像； 相當于 鏡。
通過物鏡和目鏡的兩次折射 ， 相當于把物體拉近 。 增大了觀測 的 。
推薦的學習資源
電子顯微鏡 電子顯微鏡，簡稱“電鏡”，英文名 Electron Microscope（簡稱 EM），經過五十多年 的發展已成為現代科學技術中不可或缺的重要工具。電子顯微鏡由鏡筒、真空裝置和電源 柜三部分組成，鏡筒主要由電子源、電子透鏡、樣品架、熒光屏和探測器等部件，這些部 件通常是由上而下裝配成一個柱體。 電子顯微鏡技術的應用建立在光學顯微鏡的基礎之上，光學顯微鏡的分辨率為 0.2 微 米， 透視電子顯微鏡的分辨率為 0.2 納米，也就是說透視電子顯微鏡在光學顯微鏡的基礎 上放大了 1000 倍。 伽利略望遠鏡 伽利略望遠鏡（Galileo telescope）是指物鏡是凸透鏡（會聚透鏡）而目鏡是凹透鏡（發 散透鏡）的望遠鏡。據《科學美國人》網站報道， 意大利天文學家、物理學家伽利略 1609 年發明了人類歷史上第一臺天文望遠鏡。 制作出了一個放大倍數為 32 倍的望遠鏡， 伽利 略將鏡頭首次對準了月球，這是人類首次對月面進行科學觀察，這些發現開辟了天文學的 新時代。 伽利略望遠鏡的工作原理，光線經過物鏡折射所成的實像在目鏡的后方（靠近人眼的 后方）焦點上，這像對目鏡是一個虛像，因此經它折射后成一放大的正立虛像。伽利略望 遠鏡的放大率等于物鏡焦距與目鏡焦距的比值。其優點是鏡筒短而能成正像，但它的視野 比較小。
反射望遠鏡 反射望遠鏡是使用曲面和平面的面鏡組合來反射光線，并形成影像的光學望遠鏡。反 射式望遠鏡所用物鏡為凹面鏡，有球面和非球面之分； 比較常見的 反射式望遠鏡的光學系統有牛頓式反射望遠鏡與卡塞格林式反射 望遠鏡。反射式望遠鏡的性能很大程度上取決于所使用的物鏡。通 常使用的球面物鏡具有容易加工的特點，但是如果所設計的望遠鏡 焦比比較小， 則會出現比較嚴重的光學球面像差； 這時， 由于平行 光線不能精確的聚焦于一點， 所以物像將會變得模糊。因而大口徑，強光力的反射式望遠 鏡的物鏡通常采用非球面設計，最常的非球面物鏡是拋物面物鏡。由于拋物面的幾何特 性， 平行于物鏡光軸的光線將被精確的匯聚在焦點上， 因而能大大改善像質。但即使是拋 物面物鏡的望遠鏡仍然會存在軸外像差。 折反射望遠鏡 折反射望遠鏡是將折射系統與反射系統相結合的一種光學系統，可便于校正軸外像 差，最早出現于 1814 年。 1931 年， 德國光學家施密特用一塊別具一 格的接近于平行板的非球面薄透鏡作為改正鏡， 與球面反射鏡配合， 制成了可以消除球差和軸外象差的施密特式折反射望遠鏡， 這種望遠 鏡光力強、視場大、象差小，適合于拍攝大面積的天區照片，尤其是對 暗弱星云的拍照效果非常突出。施密特望遠鏡已經成了天文觀測的重 要工具。 由于折反射望遠鏡能兼顧折射和反射兩種望遠鏡的優點，非常適合業余的天文觀測和 天文攝影， 并且得到了廣大天文愛好者的喜愛。 “哈勃”太空望遠鏡 哈勃空間望遠鏡（英語： Hubble Space Telescope，HST），是以天文學家愛德溫·哈勃 為名，在地球軌道的望遠鏡。于 1990 年 4 月 24 日成功發射，位與地球的大氣層之上的光 學望遠鏡。 2019 年 5 月， 哈勃太空望遠鏡科學家公布了最新的宇宙照片——“哈勃遺產
場”(HLF)，這是迄今最完整最全面的宇宙圖譜，由哈勃在 16 年間拍攝的 7500 張星空照 片拼接而成，包含約 265000 個星系，其中有些已至少 133 億歲“高齡”，對其進行研究 有助于科學家深入了解更早的宇宙歷史。 哈勃望遠鏡接收地面控制中心（美國馬里蘭州的霍普金斯大學內） 的指令并將各種 觀測數據通過無線電傳輸回地球。由于它位于地球大氣層之上，因此獲得了地基望遠鏡 所沒有的好處： 影像不受大氣湍流的擾動、視相度絕佳， 且無大氣散射造成的背景光， 還能觀測會被臭氧層吸收的紫外線。于 1990 年發射之后， 已經成為天文史上最重要的儀 器。它成功彌補了地面觀測的不足， 幫助天文學家解決了許多天文學上的基本問題，使 得人類對天文物理有更多的認識。此外， 哈勃的超深空視場則是天文學家目前能獲得的 最深入、也是最敏銳的太空光學影像。 郭守敬望遠鏡（LAMOST） LAMOST 望遠鏡是一架視場為 5 度橫臥于南北方向中星儀式反射施密特望遠鏡，位于 國家觀測臺興隆觀測基地，這座造價兩億三千五百萬元的望遠鏡，正在為天文學家們提供 大量關于銀河系的信息， 與印象中的望遠鏡不同， 人們不是通過 LAMOST 直接觀測星體， 而是捕捉星體的可見光普段的光譜，科學家靠光譜分析，從而得知遙遠的星體信息，如我 們所見的彩虹，光被空氣中的水汽反射以及折射，在空中形成七彩的圖案，這些彩虹般的 色序就是光譜， 1666 年， 牛頓發現， 白光是由不同顏色的光混合而成， 他用三棱鏡分解日 光， 這就是太陽的可見光的光譜，猶如人的指紋各不相同，不同的元素燃燒時， 都具有自 己獨特的光譜和顏色，因此，天文學家只要能得到星體的光就可以通過光譜分析知道這個 星體到底由什么物質構成，哪怕它遠在宇宙的另一端， 正因如此，我們得知， 太陽質量的 大約 3/4 是氫，剩下的幾乎都是氦，包括氧、碳、鐵，和其它的重元素質量少于 2%，離太 陽最近的恒星，4.2 光年之外的比鄰星有大量的鎂，冬季夜空中最亮的星星天狼星，鐵的 含量是太陽的 316%，通過 LAMOST 捕捉的光譜，科學家們可以解讀出豐富的信息， LAMOST 對上千萬個星系，類星體等河外天體的光譜巡天， 將在河外天體物理和宇宙 的研究上做出重大的貢獻，LAMOST 望遠鏡使我國天文學在大規模光學光譜觀測，大視場 天文學研究上局域國際領先地位，因此建成后將作為國家設備向全國天文屆開放，并積極 開展國際合作
500 米口徑球面射電望遠鏡（FAST） 在中國貴州的一個山坳里，有一口神奇的大鍋，它直徑 500 米，面積足有三十個足球 場，它是近期最耀眼的天文工程明星，500 米口徑球面射電望遠鏡，它有什么奇特呢？ 提到望遠鏡，大家想到的是用眼睛觀測，而大鍋卻像一只龐大而靈敏的耳朵，它將捕 捉來自遙遠星辰最細微的聲音，發現宇宙中各種神秘怪異的天體，這和射電望遠鏡的原理 有關，大鍋是通過無線電波段來觀測天體的，由于無限電波可穿透宇宙中大量存在，而光 波又無法通過的星級塵埃介質，因而射電望遠鏡可以觀測更遙遠的未知宇宙，而且射電望 遠鏡幾乎可以全天候無間斷的工作，如今在貴州，大鍋的白色鋼架已經填滿整個山谷，繞 著圈梁走一圈大約需要 30 分鐘， 大鍋與一般的光學望遠鏡長得很不一樣，鏡面由四千多 塊小反射面組成，每一塊反射面的背后都有鋼索牽拉，用于調整方向，這樣精巧的設計可 以讓反射面不斷變形，追蹤移動的天體，形成拋物面， 會聚電磁波， 就像一個大鍋中套著 個可移動的大碗，大鍋是世界最大的口徑射電望遠鏡，與號稱地面最大機器的德國波恩 100 米望遠鏡相比，它的靈敏度將提高約 10 倍， 與被評為人類 20 世紀 10 大工程之首的 美國 Arecibo 300 米望遠鏡相比，其綜合性能提高約 10 倍，歷史上基于天文觀測的諾貝爾 獎中 10 項獲獎中有 6 項都出自射電望遠鏡，所以說射電天文學已成為諾貝爾的搖籃，我 們這個 Fast 大國也將是中國獲得諾貝爾獎的神助攻，當然中國也很大方的表示大鍋是開 放的， 歡迎世界上的科學家來找大鍋當助攻。

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