八年级物理上册第五章透镜及其应用素材1制作望远镜.docx
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八年级物理上册第五章透镜及其应用素材1制作望远镜
制作望远镜
［课题］制作望远镜
［内容］学过了有关望远镜的一些知识.学生们也想用望远镜观看星象，迫切需要有一架天文望远镜，但是目前国内能买到望远镜的地方不是很多，而需要买到自己合适的也不很容易，所以最好的办法就是自己做一架，这也是一件非常有意义的事情.
［过程］怎么制作呢？
要想自制，首先要了解天文望远镜的光学性能？
1.放大率与视场
放大率是望远镜观看物体本领的一种光学性能，一般人认为，放大率越大看星象越清楚.放大率等于物镜焦距和目镜焦距之比，所以增大物镜的焦距同时减小目镜的焦距，能得到适当的放大率，然而如果放大率无限增大、物镜的口径没有同时增大，会导致光力越来越弱，用这样的望远镜观看景象，不仅不能增加观看细节的效果，反而难辨真实面目，与此同时用大倍率望远镜看到星象被放大了，使星象抖动的大气也随之放大，这样星象仿佛蒙上了一层跳荡的面纱，又不清楚了.所以，无限增大放大率，反而是费力不讨好，得不偿失.
2.口径与分辨角
世界上最大的天文台，都努力用最大口径望远镜观看天体，特别是探索暗弱天体的秘密，更是如此，望远镜的口径大小是个尺度，用它可以衡量天文台的工作能力.
每架望远镜的观察的可能限度，取决于镜口的直径，它表示集光能力的不同，口径越大集光能力就越强，这种集光本领与物镜口径成反比，例如用60cm镜进行观测时，假定眼睛瞳孔的直径是6mm，我们对于所看到的星体的亮度放大率为10000倍，我们把望远镜所观测到的星等，叫做望远镜的“极限星等”.对于同一颗星，人的肉眼和望远镜看上去有相当的差别.望远镜最大能看到的极限星等M和口径D相关，
经验公式：
M=7.1+5logD（D以cm为单位）
由此可以计算出10cm的望远镜可以看到12等的星，不过这仅仅是理想公式.在实际观测中很难达到.原因是光在传播过程中有各种各样的损失；另外在城市里面观测，晚间受灯光干扰，会使计算的星等下降1~2个星等.
望远镜还有另一个重要指标：
角分辨率,定义为A，经验公式是：
A=12″/D（角秒）D表示口径，单位为cm，从式中可以看出，口径越大，角分辨率越大，可以分辨更多细节.
从上面的讨论可以看出，观测效果越好，所需望远镜的口径越大，但是口径越大制造越麻烦，所以建议刚刚开始磨制望远镜的朋友选择10cm~30cm比较合适.将来可以挑战更大口径.
3.焦距与光力
望远镜的焦距是指物镜的焦距，如牛顿式是单片凹面镜的焦距值；卡片是主镜和副镜的合成焦距，不管哪种望远镜，制成后的焦距是一个定值，一般焦距越大一定张角的天区在望远镜上的像越大，测量恒星的位置越能准确，观看有视面的星体，表面细微部分越清楚，比如，60m以上焦距的望远镜，观看木星的像直径达15mm（47″），而用2m焦距来看，只能看到0.5mm直径的斑点，这样看来望远镜的焦距越长越好.
但是，当望远镜口径一定时，如果焦距无限增加，看到的恒星表面光度变暗，影响效果，也就是说光力减弱.
光力是指口径与焦距的比值，用A表示，即：
A=D/f
光力又叫做相对口径或简称焦比，从公式来看，焦距越长光力越弱，观看有视面天体细微部分效果变差，观看更弱天体则无能为力.因为观看景像最后要用眼睛，而人眼观看星像的亮暗程度，与光力A的平方成比例，而望远镜制作时，要看望远镜所能担负的任务，选择合适的光力.
在实际应用上，把光力的比值的倒数叫做相对焦距，如F8表示焦距是口径的8倍，10cm口径，焦距为80cm；20cm口径时，焦距为160cm，一般观看月亮，行星的细部，望远镜光力可选择
~
之间，观看大范围的星云和星团光力可选择
~
之间.
结果：
制作望远镜.
材料：
准备两个凸透镜，一个焦距比另一个稍大一些，分别与两个透镜尺寸差不多的大小硬纸筒，大纸筒可套进小纸筒，纸筒也可自己制作.
制作：
将焦距较大的透镜作为物镜，较小的作为目镜，分别将它们固定在大小两个纸筒中，如下图所示：
使用：
将物镜对准远处的物体，不断推拉小纸筒，直到看到清楚放大的像为止.
原理：
如下图所示，从远处物体射到物镜上的光线是平行的.经物镜后，在焦点外距焦点很近的地方，得到物体的倒立、缩小的像.目镜的前焦点和物镜的后焦点是重合在一起的.所以实像位于目镜和它的焦点之间离焦点很近的地方，实像对于目镜来说是物体，它对于目镜所成的像是放大的虚像.这样，当我们对着目镜进行观察的时候，进入眼睛的光线就好像直接从这个放大的虚像射来的.
为什么显微镜能够放大
对于这个问题常常可以听到这样的回答：
“因为它能像物理学教科书里所说的那样按照一定的方式改变光线的进路。
”但是这样的回答只说明了它的原因，还没有说出事实的本质。
那末显微镜和望远镜能够放大的基本原因究竟在哪里呢？
它的基本原因，我不是从教科书里知道的，而是当我还是一个小学生的时候，有一次注意到了一种怎样想也想不通的极有趣的现象而偶然理解的。
我坐在关着的玻璃窗旁边，眼睛看着小胡同对面的一所房屋的砖墙。
突然我恐怖地躲开了。
原来我清楚地看见砖墙上有一只好几米宽的人眼在瞪着我……那时候我还没有读过刚才那个爱伦坡的故事，所以没有能够立刻理会到这只大眼睛就是我自己的眼睛在窗玻璃里的反映像，我把这个像看做是在很远的墙上，所以才把它估计得这么大。
猜透了这是怎么一回事以后，我就想能不能根据这种错觉的道理来制造显微镜。
后来我试验失败了，我才明白显微镜放大作用的本质并不在于它能使被观察的物体显得尺寸大些，而是在于使我们能够在比较大的视角里看物体，因而──这是最重要的一点──物体的像在我们眼睛的视网膜上能够占据比较大的位置。
为了明白视角的作用在这里为什么这样重要，我们应该先来说明一下眼睛的一个重要特点：
每一个物体或者它的一部分，我们如果是在比一分小的视角里看它，那它对正常的眼睛说来，就会聚成一点，使我们既看不清它的形状，也分不清它一共有多少部分。
当一个物体离开我们眼睛的距离远到（或者物体本身小到）这样的程度，使这个物体的全部或一部分在我们眼睛里的视角比1分还小，这时候我们就不能分辨出它的结构上的细节了。
原因在于：
在这样小的视角里，物体（或物体的任何一部分）在视网膜上的像不能同时接触到许多神经末梢，而只能全部落在一个感觉细胞上。
这时候，形状和结构上的细节都消失了──我们看到的只是一点。
显微镜和望远镜的作用是，它们能够改变所观察的物体发出的光线的进路，使我们能够在比较大的视角里看到这个物体。
结果，视网膜上的像就扩大到可以接触到更多的神经末梢，而我们也能分辨清楚物体的这些本来看起来是聚成一点的细节了。
“显微镜或望远镜放大100倍”这句话的意思是，我们通过这种仪器来看物体，视角要比没有它的时候大100倍。
假如光学仪器不能放大视角，那末虽说我们觉得看到的物体是变大了，其实并没有放大什么。
砖墙上的眼睛我觉得是很大的──但是，我不能在这个反映的像里看到比镜子里所能见到的更多一些的细节。
月亮离地平线近的时候，我们觉得它比起在半空中要大得多──但是在这个好像比较大的月面上，我们能够比它在高空的时候分辨清楚更多的、即使只是多一个的黑点吗？
回头说那在爱伦坡的故事──《天蛾》里所描写的那种放大的情形，我们相信在这个放大了的天蛾的像里，也不能看出任何新的细节来。
无论是把这只天蛾的像放到很远的树林里，或是移近到窗框上，我们看它的时候角度都相同，视角并没有改变。
视角既然没有改变，那末这个物体的像，无论大得多么使你吃惊，也不能使你从里面看出什么新的细节来。
作为一个真正的艺术家，爱伦坡甚至在自己故事的这一点上，也是忠实于自然的。
不知道你有没有注意他是怎样描写森林里的“怪物”的。
在他所列举的天蛾的那些肢体里，没有一样是我们用肉眼观察天蛾的时候不能看到的新东西。
故事有意把天蛾描写了两次。
如果把它们拿来比较一下，你就会看出它们之间的区别只是在字句的表达上（直径大约是3～6米的金属片──有金属光泽的带色的小鳞片；两只笔直的大角棗触须；像野猪一样的长牙──长着柔毛的触角等等），至于肉眼所分辨不出的任何细节，在第一次描写里也没有提到。
如果显微镜的作用只是上面所说的那种放大，那它就只是一种玩具，对于科学毫无用处。
可是我们知道，实际的情况并不是这样。
显微镜在人类面前打开了一个新的世界，使我们天然视力的界限向前推进了一大步。
俄罗斯科学家罗蒙诺索夫在《谈玻璃的用处》里写道：
尽管自然界赋予了我们锐利的目光──
但是它的力量有一个很近的界限。
不知有多少生物由于身体微小，
我们的目力怎么也看它不见！
但是在现代，显微镜已经给我们揭露了肉眼看不见的、极小的生物的构造：
它们用来维持生命力的肢体、关节、
心脏、血管和神经是多么细小！
小蠕虫的构造的复杂，
并不比大海里的巨鲸差多少……
显微镜所揭露的看不见的微粒，
和身体里的细小血管，真是没完没了！
现在我们已经可以明确地理解了：
为什么爱伦坡故事里的观察者不能在怪蛾自己的身上看到的“秘密”，在显微镜里却能够看到。
把上面所讲的总结一下就知道，因为显微镜并不是简单地使我们看见物体的放大形态，它还能使我们在比较大的视角里看到这物体。
由于视角的加大，在我们眼睛的视网膜上就会出现物体的放大像。
这像能作用在数目更多的神经末梢上，使我们感官得到的个别视印象的数目加多。
说得简单一些，显微镜所放大的不是物体，而是它们在我们眼睛视网膜上的像。
很多人还不知道应该怎样看照片
照相术还在19世纪40年代就渗进我们的生活里来了，虽然当时还只是用金属板来拍摄的（所谓银板照相法）。
这种拍照方法的最大缺点在于被拍的人一定要长时间坐在照相机前面──往往要坐上几十分钟……
而群众对于可以不要画家就能够得到自己相片这一点，也认为过分新奇，而且近于奇迹，因此并没有很快就相信。
在一本古老的俄国杂志（1845年）上，对这个问题有一段极有趣的记述：
许多人到现在还不肯相信银板照相法果真能够拍出照片来。
有一次，一位衣冠楚楚的人跑去拍照，店主人请他坐下来，校正了玻璃，装好一块板，看了看钟，就走开了。
店主人在室内的时候，这位想拍照的人一动不动地端坐在那里；但是，店主人刚一走出房门，这位客人为了急于看到自己的照片，认为没有继续端坐的必要，就站了起来，唤了嗅鼻烟，仔细看了看照相机的四面，把眼睛凑近到玻璃上，然后摇了摇头，说了声“这玩意儿真怪”，就在室内来回地踱起方步来。
店主人回来了，他吃惊地停在门旁边，喊了起来：
“你怎么啦？
我对你说过，要端坐在那里啊！
”
“是呀，我是坐着呀。
我只是在你出去之后才站起来的。
”
“那时候你还是应该坐在那里的呀。
”
“咦，我为什么要无缘无故地坐在那里呢？
”
读者一定以为我们现在对于照相已经不会有这样幼稚的看法了。
其实，即使在今天，许多人对照相还并没有多少了解，譬如说，就很少有人知道拍好的照片应该怎样看。
你一定以为这根本没有什么怎样看的问题：
把照片拿在手上看就是了。
但是事实上并不这么简单。
照片跟许多日常接触的东西一样，虽然接触很多，但是我们却不知道正确对待它。
大多数的摄影师和爱好摄影的人──更不用提一般群众──在看照片的时候，完全不是用正确的方法看的。
知道照相术已经将近100年了，竟还有不少的人不知道应该怎样看他的照片。
应该把照片放在眼前的适当距离上来看，否则，也要破坏正确的形象。
·这个距离究竟应该多大呢？
如果要得到一个完全的印象，照片所夹的视角应该跟照相机的镜头望到毛玻璃上的像所夹的视角一样，或者也可以这样说，应该跟照相机的镜头望到被拍的东西的视角一样。
从这里可以找到应该把照片放在多远来看的答案：
这个距离和原物离开镜头的距离的比，应该跟照片上的像和物的长短的比相等。
换句话说，我们应该把照片放在眼前大约等于镜头焦距的距离上。
假如我们注意到大多数小照相机的镜头焦距多是12～15厘米，那我们就可以知道，我们向来没有把照片放在正确的距离上来看：
对于正常的眼睛，看东西最清楚的距离──明视距离──大约是25厘米，这个数目几乎等于照相机镜头焦距的2倍。
至于挂在墙壁上的照片，因为人们都是从更远的距离上来看的，自然也只给人一种平面的感觉了。
只有患近视的人（以及能够在近距离看得清楚的孩子们），他们的明视距离比较短，在用正确的方法（用一只眼睛）看一张普通照片的时候，才会看到这种效果。
他们按习惯把照片拿在眼前12～15厘米的地方，因此他们看到的不是单纯平面的图画，而是像在实体镜里看到的那种立体形象了。
现在我相信读者一定会同意，过去由于自己的无知，没有能够从照片上得到它所能够提供给我们的全部效果，以致时常埋怨照片的呆板平淡。
全部问题在于我们没有能够学会把眼睛放在照片前面的适当距离上，而且用了两只眼睛去看那种只预备给一只眼睛看的东西。
透镜
我们从现在起，要从图画转到实体上来了，首先我们要提出一个问题：
为什么我们能够把物体看成立体的，而不是平面的呢？
在我们眼睛的视网膜上所得到的像都是平面的呀！
究竟什么缘故使我们觉得物体并不是平面的图画，而是占三维空间的立体呢？
这里有好几个原因。
第一，物体表面各种不同的明暗程度使我们有判定它的形状的可能。
第二，我们的眼睛要看清楚的物体上远近不同的各部分，眼睛所感受到的张力是不同的：
平面图画的各部分跟眼睛的距离是一样的，而立体的各部分的距离却各不相同，要看清楚它们，眼睛就应该做不同的“对光”。
但是这儿给我们最大帮助的，还是两只眼睛所收到的同一物体的形象各不相同。
这一点很容易证明，只要你先后只用左眼或者只用右眼去看附近的同一个物体就知道了。
左右两眼所看到的物体并不一定完全相同；两只眼睛得到不同的形象，也正是这个差异给我们提供了立体的感觉。
现在，设想有两张图画，画的是同一物体，左边一张画出左眼所看到的，右边一张画出右眼所看到的。
假如你看这两张图画的时候，左眼只看左边的一张，右眼只看右边的一张，那么你所看到的已经不是两幅平面图画，而是变成一个凸起的。
立体的物体了──甚至比你用一只眼睛看实体所看到的更具立体的形象。
要用这样的方法来看两张图画，是靠一种特制的仪器帮助的，这仪器就是实体镜。
要使两个像能够融合在一起，在；日式实体镜里是用反射镜的，在新式实体镜里是用凸面三棱镜的。
这种三棱镜能够把光线曲折，使得看的人在意识里把光线延长以后，两个像（由于棱镜凸面的作用，像略有放大）会互相重叠。
这样看来，实体镜的原理实在是非常简单的，而更奇怪的是这个作用竟可以由这么简单的方法来完成。
但是，假如我们把实体望远镜向月球或者别的天体望去，我们就看不出一些立体形象。
这一点应该是预料之中的，因为天体距离对于实体镜来说实在太大了。
你不妨想想看，实体镜两个物镜之间只有30～35厘米的距离，跟地球和某一个行星之间的距离比较，还能够算得什么呢？
即使我们能够造出一个巨大的实体镜，使两个物镜之间有几十或几百公里，使用它来观察千万公里以外的行星，也是不可能得到什么实体效果的。
这儿我们又要靠实体照片帮助了。
假定我们昨天用照相机拍出了某一个行星的照片，接着在今天又拍了一次；这两次虽然都是从地球上相同地点拍的，但是拿整个太阳系来说，我们是在太阳系里两个不同的地点拍摄的，因为我们的地球在一昼夜里已经沿着它的轨道走出了成百万公里的路了。
因此这样拍出的两张照片是不会完全相同的。
假如把这样拍出的两张照片放在实体镜里，那么你看到的就不会是平面的形象，而是立体的了。
因此，我们就可以利用地球的公转，得到从两个相距极远的地点拍摄出来的照片；这样拍出的照片就是实体照片了。
你不妨设想一个巨人，他的两眼之间的距离要用百万公里做单位来量，这样你就可以了解，天文学家靠了天体的实体照片的帮助，得到多么不平常的效果了。
把拍成的月球立体照片拿来仔细观看，我们可以看到，形象显著地圆凸起来了，仿佛一位巨人雕刻家用他神奇的刻刀把这平面的、没有生气的大石块给雕刻得生气勃勃一般。
它表面上的凹凸是这么清晰，我们甚至能够利用这些照片量出月球上山的高度来。
现在实体镜也用来发现新的行星──那些在火星和木星轨道之间绕转的许多小行星。
不久之前，发现这种小行星还只是碰运气的事情。
但是，现在只要用实体镜把不同时间拍得的某一部分天空的两张照片比较一下就够了。
假如在所拍摄的那部分天空有这种小行星，实体镜就会把它显示出来，因为它是要从总的背景里凸出来的。
用实体镜不但可以察觉两个点在位置上的不同，而且也可以察觉两个点在亮度上的不同。
这使得天文学家有可能去找寻所谓“变星”，就是周期地变换亮度的星。
假如某个星的亮度在两张照片上显示得不一样，那么，实体镜就会把这变化亮度的星报告给天文学家知道。
最后，人们还拍出星云（仙女座星云和猎户座星云）的实体照片；要拍出这种照片，太阳系已经嫌不够大了，因此天文学家就利用了我们这个太阳系在众星中间的位置变动：
由于太阳系在太空中的这个移动，我们经常是从新的地点去看星空的，而且在经过相当长的一段时间之后，我们所看到的星空的差别会达到连照相机也可以感受到的程度。
于是我们先拍一张照片，以后隔一段很长的时间再拍一张，这样拍出的两张照片就可以放在实体镜里去观察了。
大多数读者大概都看见过各种风景之类的实体照片。
也许还有一些人用实体镜看过研究地理用的立体模型图。
下面我们不打算去谈这种大家多少已经知道的实体镜的应用，只想谈一点许多读者大概还不知道的东西。
凸透镜成像的规律
摘要：
初二物理凸透镜成像这一节比较难理解，但又非常重要，如何让学生又快又好的理解凸透镜成像问题，是摆在初中老师面前的一个重要科题。
凸透镜能成各种各样的像，这些像是怎样产生的？
它们的产生跟那些因素有关以及如何判断所成像的性质？
利用图解法分析物距就能快速直观的解决此问题。
关键词：
凸透镜成像 物距 焦距
在初二物理凸透镜成像这一节中，凸透镜能成各种各样的像，有些同学就会产生困惑，这些像是怎样产生的？
它们的产生跟那些因素有关以及如何判断所成像的性质？
我们通过作图法就能很快的解决这个问题。
我们透过同一个凸透镜观察同一个物体，当物距发生改变时，就会得到不同的像，即凸透镜成像与物距有关。
凸透镜成放大的像，缩小的像或等大的像跟物距有什么关系呢？
首先，我们利用蜡烛、凸透镜、光屏等器材，通过不断调节其相对位置，在光屏上接收到一次放大的像，一次缩小的像和一次等大的像，并把此时的物距记录下来。
如图，我们以二倍焦距为分界点，把物距分为二段。
从图可知：
2f是放大和缩小的像的分界点，物距大于2f时成缩小的像；物距等于2f时成等大的像；物距小于2f时成放大的像（除去物距=f时不成像）。
然后，我们又来探究凸透镜成虚实像（或正倒立像）时与物距的关系，不断调节蜡烛、凸透镜、光屏的位置，在光屏上接收到一次正立的像，一次倒立的像和一个与凸透镜大小相等的圆形光斑，并把此时的物距记录下来。
如图，我们以一倍焦距为分界点，把物距分为二段。
从图可知：
f是正立像和倒立像的分界点，物距大于f时成倒立的像；物距等于f时不成像；物距小于f时成正立的像。
在凸透镜成像中，凡是正立的像是虚像，凡是倒立的像是实像。
所以，f也是虚像和实像的分界点，物距大于f时是实像；物距等于f时不成像；物距小于f时是虚像。
最后，我们来探究凸透镜所起作用与物距的关系，不断调节蜡烛、凸透镜、光屏的位置。
如图所示，分别以二倍焦距和二倍焦距为分界点，把物距分为三段。
我们知道，当物距发生变化时，凸透镜所起的作用也发生变化。
在初中阶段，我们只要求学生掌握照相机、投影仪（幻灯机）、放大镜成像的原理。
如图，2f是投影仪（幻灯机）和照相机的分界点，物距大于2f时，凸透镜起照相机的作用；物距小于2f而大于f时，凸透镜起投影仪（幻灯机）的作用。
f是投影仪（幻灯机）和放大镜的分界点，物距大于f而小于2f时，凸透镜起投影仪（幻灯机）的作用；物距小于f时，凸透镜起放大镜的作用。
把以上三个图综合起来，则如图：
因此，我们应用交并集概念可得出结论：
当物距>2f时，凸透镜起照相机的作用，成倒立缩小的实像；当2f>物距>f时，凸透镜起投影仪（幻灯机）的作用，成倒立放大的实像；当物距我们眼睛里的盲点
假如对你说，在你的视野里有一块地方，虽然它就在你的正前面，你却一点也不能看到它，这你当然是不会相信的。
我们的视觉器官有这样大的缺点，而我们却一辈子也觉察不出来，这是可能的吗？
可是做一个简单的试验，就能使你深信这一点了。
把图269放在离你右眼（闭上左眼）大约20厘米的地方，用右眼看那图上左方的一叉；慢慢地把这个图移近你的眼睛。
这样，在移到一定距离的时候，图上右方那个在两个圆的交叉处的大黑点，就会完全消失！
这个点虽然还在可见区域的范围里，你却不能看见它了，而黑点左右两个圆圈你却仍旧看得很清楚！
这个试验是马里奥特在1668年首先提出的，不过形式略微有些不同。
马里奥特叫两个人彼此相隔2米对面站着，都用一只眼睛看旁边的某一点──这时候他们两人就都会发现对方没有了头。
这个试验曾经使路易十四的大臣们非常高兴。
说也奇怪，人们直到17世纪才知道人眼的视网膜上有个盲点，以前谁也没有想到过有这样一个东西。
视网膜上这个盲点的位置，就在视神经已经进人了眼球却还没有分成含有感光细胞的细支的地方。
我们不能察觉出视野里的这样一个黑点，是由于长时期来我们对它习惯了。
我们的想象力会不知不觉地用周围背景上的细节来弥补好这个缺陷。
譬如在图269里，我们虽然没有看见这个黑点，我们的想象力却会把那两个圆圈上所缺的部分给补出来，使我们自认为已经在这块地方看见了两圆交切的情形。
如果你是戴眼镜的，你还可以做这样的试验：
在眼镜玻璃上贴一小块纸（别贴在正中，而要贴在旁边）。
头几天这张纸片是会妨碍你看东西的，可是过了一两个星期，你对于它就习惯了，甚至不会觉察到它了。
有些人眼镜玻璃裂了缝以后，却又不得不戴它，这样的人，也有类似的经验：
他只在最初一些日子里感到有裂缝。
可见我们觉察不出自己眼睛里有盲点，同样是长时间的习惯的结果。
何况每一只眼睛的盲点使你看不见的地方又是不同的，所以在两只眼睛同时看的时候，在它们的总的视野里，也没有什么看不见的地方。
你别以为我们视野里的盲点并不大。
你如果用一只眼睛看10米以外的一所房屋（图270），那末由于盲点，你不能看到这所房屋的正面很大一部分地方──直径1米多，容得下整个一扇窗。
你如果注视天空，也有一块地方看不见，它的面积大约等于120轮满月。
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