5.5 显微镜和望远镜 学习任务单（表格式 无答案）

课题 显微镜和望远镜
学习目标
1 ． 认识光学显微镜和开普勒望远镜的主要结构。 2 ． 能说出显微镜、望远镜的物镜和目镜成像情况。
课前学习任务
复习： 1. 凸透镜的成像原理； 2. 凸透镜在生活中的应用。
课上学习任务
【学习任务一】 学习、了解显微镜的结构和成像原理
物镜 目镜
显微镜 使被观察的物体 成 像。 相当于 的镜头。 把物镜成的实像再一次 。 相当于 镜，成虚像。
【学习任务二】 学习、了解开普勒望远镜的结构和成像原理
物镜 目镜
开普勒 望远镜 使远处的物体 成 像； 相当于 的镜头。 使物体经过物镜所成的像，再经过目镜 成 像； 相当于 镜。
通过物镜和目镜的两次折射 ， 相当于把物体拉近 。 增大了观测 的 。
推荐的学习资源
电子显微镜 电子显微镜，简称“电镜”，英文名 Electron Microscope（简称 EM），经过五十多年 的发展已成为现代科学技术中不可或缺的重要工具。电子显微镜由镜筒、真空装置和电源 柜三部分组成，镜筒主要由电子源、电子透镜、样品架、荧光屏和探测器等部件，这些部 件通常是由上而下装配成一个柱体。 电子显微镜技术的应用建立在光学显微镜的基础之上，光学显微镜的分辨率为 0.2 微 米， 透视电子显微镜的分辨率为 0.2 纳米，也就是说透视电子显微镜在光学显微镜的基础 上放大了 1000 倍。 伽利略望远镜 伽利略望远镜（Galileo telescope）是指物镜是凸透镜（会聚透镜）而目镜是凹透镜（发 散透镜）的望远镜。据《科学美国人》网站报道， 意大利天文学家、物理学家伽利略 1609 年发明了人类历史上第一台天文望远镜。 制作出了一个放大倍数为 32 倍的望远镜， 伽利 略将镜头首次对准了月球，这是人类首次对月面进行科学观察，这些发现开辟了天文学的 新时代。 伽利略望远镜的工作原理，光线经过物镜折射所成的实像在目镜的后方（靠近人眼的 后方）焦点上，这像对目镜是一个虚像，因此经它折射后成一放大的正立虚像。伽利略望 远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。其优点是镜筒短而能成正像，但它的视野 比较小。
反射望远镜 反射望远镜是使用曲面和平面的面镜组合来反射光线，并形成影像的光学望远镜。反 射式望远镜所用物镜为凹面镜，有球面和非球面之分； 比较常见的 反射式望远镜的光学系统有牛顿式反射望远镜与卡塞格林式反射 望远镜。反射式望远镜的性能很大程度上取决于所使用的物镜。通 常使用的球面物镜具有容易加工的特点，但是如果所设计的望远镜 焦比比较小， 则会出现比较严重的光学球面像差； 这时， 由于平行 光线不能精确的聚焦于一点， 所以物像将会变得模糊。因而大口径，强光力的反射式望远 镜的物镜通常采用非球面设计，最常的非球面物镜是抛物面物镜。由于抛物面的几何特 性， 平行于物镜光轴的光线将被精确的汇聚在焦点上， 因而能大大改善像质。但即使是抛 物面物镜的望远镜仍然会存在轴外像差。 折反射望远镜 折反射望远镜是将折射系统与反射系统相结合的一种光学系统，可便于校正轴外像 差，最早出现于 1814 年。 1931 年， 德国光学家施密特用一块别具一 格的接近于平行板的非球面薄透镜作为改正镜， 与球面反射镜配合， 制成了可以消除球差和轴外象差的施密特式折反射望远镜， 这种望远 镜光力强、视场大、象差小，适合于拍摄大面积的天区照片，尤其是对 暗弱星云的拍照效果非常突出。施密特望远镜已经成了天文观测的重 要工具。 由于折反射望远镜能兼顾折射和反射两种望远镜的优点，非常适合业余的天文观测和 天文摄影， 并且得到了广大天文爱好者的喜爱。 “哈勃”太空望远镜 哈勃空间望远镜（英语： Hubble Space Telescope，HST），是以天文学家爱德温·哈勃 为名，在地球轨道的望远镜。于 1990 年 4 月 24 日成功发射，位与地球的大气层之上的光 学望远镜。 2019 年 5 月， 哈勃太空望远镜科学家公布了最新的宇宙照片——“哈勃遗产
场”(HLF)，这是迄今最完整最全面的宇宙图谱，由哈勃在 16 年间拍摄的 7500 张星空照 片拼接而成，包含约 265000 个星系，其中有些已至少 133 亿岁“高龄”，对其进行研究 有助于科学家深入了解更早的宇宙历史。 哈勃望远镜接收地面控制中心（美国马里兰州的霍普金斯大学内） 的指令并将各种 观测数据通过无线电传输回地球。由于它位于地球大气层之上，因此获得了地基望远镜 所没有的好处： 影像不受大气湍流的扰动、视相度绝佳， 且无大气散射造成的背景光， 还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。于 1990 年发射之后， 已经成为天文史上最重要的仪 器。它成功弥补了地面观测的不足， 帮助天文学家解决了许多天文学上的基本问题，使 得人类对天文物理有更多的认识。此外， 哈勃的超深空视场则是天文学家目前能获得的 最深入、也是最敏锐的太空光学影像。 郭守敬望远镜（LAMOST） LAMOST 望远镜是一架视场为 5 度横卧于南北方向中星仪式反射施密特望远镜，位于 国家观测台兴隆观测基地，这座造价两亿三千五百万元的望远镜，正在为天文学家们提供 大量关于银河系的信息， 与印象中的望远镜不同， 人们不是通过 LAMOST 直接观测星体， 而是捕捉星体的可见光普段的光谱，科学家靠光谱分析，从而得知遥远的星体信息，如我 们所见的彩虹，光被空气中的水汽反射以及折射，在空中形成七彩的图案，这些彩虹般的 色序就是光谱， 1666 年， 牛顿发现， 白光是由不同颜色的光混合而成， 他用三棱镜分解日 光， 这就是太阳的可见光的光谱，犹如人的指纹各不相同，不同的元素燃烧时， 都具有自 己独特的光谱和颜色，因此，天文学家只要能得到星体的光就可以通过光谱分析知道这个 星体到底由什么物质构成，哪怕它远在宇宙的另一端， 正因如此，我们得知， 太阳质量的 大约 3/4 是氢，剩下的几乎都是氦，包括氧、碳、铁，和其它的重元素质量少于 2%，离太 阳最近的恒星，4.2 光年之外的比邻星有大量的镁，冬季夜空中最亮的星星天狼星，铁的 含量是太阳的 316%，通过 LAMOST 捕捉的光谱，科学家们可以解读出丰富的信息， LAMOST 对上千万个星系，类星体等河外天体的光谱巡天， 将在河外天体物理和宇宙 的研究上做出重大的贡献，LAMOST 望远镜使我国天文学在大规模光学光谱观测，大视场 天文学研究上局域国际领先地位，因此建成后将作为国家设备向全国天文届开放，并积极 开展国际合作
500 米口径球面射电望远镜（FAST） 在中国贵州的一个山坳里，有一口神奇的大锅，它直径 500 米，面积足有三十个足球 场，它是近期最耀眼的天文工程明星，500 米口径球面射电望远镜，它有什么奇特呢？ 提到望远镜，大家想到的是用眼睛观测，而大锅却像一只庞大而灵敏的耳朵，它将捕 捉来自遥远星辰最细微的声音，发现宇宙中各种神秘怪异的天体，这和射电望远镜的原理 有关，大锅是通过无线电波段来观测天体的，由于无限电波可穿透宇宙中大量存在，而光 波又无法通过的星级尘埃介质，因而射电望远镜可以观测更遥远的未知宇宙，而且射电望 远镜几乎可以全天候无间断的工作，如今在贵州，大锅的白色钢架已经填满整个山谷，绕 着圈梁走一圈大约需要 30 分钟， 大锅与一般的光学望远镜长得很不一样，镜面由四千多 块小反射面组成，每一块反射面的背后都有钢索牵拉，用于调整方向，这样精巧的设计可 以让反射面不断变形，追踪移动的天体，形成抛物面， 会聚电磁波， 就像一个大锅中套着 个可移动的大碗，大锅是世界最大的口径射电望远镜，与号称地面最大机器的德国波恩 100 米望远镜相比，它的灵敏度将提高约 10 倍， 与被评为人类 20 世纪 10 大工程之首的 美国 Arecibo 300 米望远镜相比，其综合性能提高约 10 倍，历史上基于天文观测的诺贝尔 奖中 10 项获奖中有 6 项都出自射电望远镜，所以说射电天文学已成为诺贝尔的摇篮，我 们这个 Fast 大国也将是中国获得诺贝尔奖的神助攻，当然中国也很大方的表示大锅是开 放的， 欢迎世界上的科学家来找大锅当助攻。