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第五章 透镜及其应用
第5节 显微镜和望远镜
世界有多大？宇宙是什么样的？这些恒古以来就吸引并困惑着人类的问题，一定也经常萦绕在你的心头。
人类怎样才能解开这些疑团呢？科学家们正在使用的一种方法就是利用巨大的天文望远镜来观察、接收来自宇宙的信息。通过分析这些信息，人们对宇宙了解的越来越多了。然而你知道吗？这项伟大的事业竟然与小小的透镜密切相关。
这一章我们就来学习透镜的知识。
第五章 透镜及其应用
学习内容导览
01
显微镜
02
望远镜
03
探索宇宙
了解显微镜，望远镜的基本结构。
1
尝试运用已知的科学规律解释具体问题，获得初步分析概括能力。
2
学习目标
了解望远镜和显微镜的发展历程，体会科学技术对社会发展和人类生活的影响。
3
日常生活中观察远处的物体时用什么器材？科学家在观察夜象时，用什么器材？
双筒望远镜
射电望远镜
天文望远镜
课堂导入
通过一个凸透镜观察一只小小的蚊子，会呈现出一只蚊子的清晰放大的像(图甲)。我们希望能看到更加微小的蚊子，有什么好办法？
再用一个凸透镜去观察那个放大的像，在一次放大的基础上将像再放大一次(图乙)，也就是两次放大。
同学们手里有两个凸透镜，怎样搭配才能实现两次放大的效果
尝试操作。这就是自制简易显微镜了(图乙)，继续实验，你还有什么发现
甲
乙
课堂导入
第5节 显微镜和望远镜
01
PART
显微镜
1. 显微镜的构造
显微镜有两组位于镜筒两端的透镜——目镜、物镜组成，每组透镜的作用都相当于一个凸透镜。
显微镜的主要结构及作用分别为：
目镜
物镜
载物片
反光镜
靠近眼睛的凸透镜，焦距长，
其作用相当于一个普通的放大镜
靠近被观察物体的凸透镜，焦距短，
其作用相当于投影仪的镜头
承载被观察的物体
增加光的强度，照亮被观察的物体
一 显微镜
2. 显微镜成像的基本原理
（1）物镜：
物镜的作用相当于投影仪的镜头，被观察物体首先通过物镜成倒立、放大的实像，这个实像落在了目镜的一倍焦距以内；
（2）目镜：
目镜的作用相当于一个放大镜，把物镜形成的放大的实像再次放大，得到正立、放大的虚像。
（3）物体通过整个显微镜所成的像是：倒立、放大的虚像。
一 显微镜
（4）显微镜的成像原理图
最终看到：
倒立、放大的虚像
物镜成倒立
放大的实像
目镜成正立
放大的虚像
A
A1
A2
物镜
目镜
F物
F目
一 显微镜
显微镜下的植物细胞
3. 显微镜的放大倍数
微小的物体通过显微镜后被两次放大，因此，
显微镜的放大倍数=物镜的放大倍数×目镜的放大倍数
一般在镜头上标有“n×”字样，例如n=5，即为放大5倍。
4. 显微镜的作用
显微镜可以用于观察细微的物体或物体上的细微部分。如植物细胞、金属结构、细菌等。
显微镜下的花粉
一 显微镜
【例题1】显微镜的成像特点：用显微镜观察的物体放在物镜的_________________________，成__________的像，这个像成在目镜的___________，通过目镜再次成______________的像，我们最终看到的像相对于物体而言，左右_______，上下__________。
一倍焦距和两倍焦距之间
倒立、放大
焦点以内
正立、放大
相反
颠倒
显微镜的目镜相当于投影仪的镜头，成倒立、放大的像；物镜相当于放大镜，成正立、放大的像。
显微镜=投影仪+放大镜（两次放大物体）
一 显微镜
02
PART
望远镜
望远镜种类很多，下面以开普勒望远镜例进行分析。
1. 望远镜
（1）望远镜的构造
望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个凸透镜。靠近被观察物体的凸透镜，焦距比较长，叫物镜。靠近眼睛的凸透镜，焦距比较短，叫做目镜。
（2）望远镜的原理
物镜相当于照相机的镜头，使远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像。目镜相当于一个放大镜，成正立、放大的虚像。两次成像，先缩小，后放大。
二 望远镜
远处物体射来的光
（3）望远镜的成像光路图
物镜：相当于照相机的镜头，成倒立、缩小的实像
目镜：相当于放大镜，
成正立、放大的虚像。
物镜
目镜
F目
F物
F目
F物
二 望远镜
物体距离物镜很远，它的像却离物镜很近，这样的像应该是缩小的，为什么用望远镜观察物体时会感到像被放大了？
原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”的大小十分重要，视角越大，对物体观察越清楚。
二 望远镜
2. 视角
（1）视角的概念
从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角。
（2）影响视角的因素
物体对眼睛所成视角的大小不仅和物体本身的大小有关，还和物体到眼睛的距离有关。
二 望远镜
①视角与物体大小有关:
物体到眼镜的距离一定时，大物体的视角大，小物体的视角小。
②视角与离物体远近有关:
物体大小一定时，看近处的物体，视角大，远处的物体视角小。
二 望远镜
物镜成倒立、
缩小的实像。
目镜成正立、
放大的虚像。
物镜
目镜
焦点
（3）望远镜对视角的放大
视角的大小是影响我们能否看清一个物体的重要因素。望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用，视角就可以变得很大。
α
视角变大
远处物体
二 望远镜
【实验器材】两个焦距不同的凸透镜。
【实验步骤】
（1）先用一个凸透镜(焦距大的)观察窗外远处的物体，注意成像情况.
（2）再用另一个凸透镜(焦距小)观察上面得到的物体的像，注意成像情况.
（3）将两凸透镜的位置对调，再观察远处的物体，对比两次成像的大小.
模拟望远镜
3. 自制模拟望远镜
二 望远镜
（1）先用一个焦距大的凸透镜观察远处的物体，成倒立、缩小的实像。
（2）再用焦距小的凸透镜观察上面得到的物体的像，成倒立、放大的虚像，远处的物体看上去放大了（图甲）。
（3）将两凸透镜的位置对调，再观察远处的物体，远处的物体看上去缩小了（图乙）。
【分析论证】
图乙
图甲
二 望远镜
【例题2】“超级月亮”比正常时的月亮要大百分之二十，亮度也有所增加，某天文爱好者为了研究这一现象，于是架设一台开普勒望远镜做进一步观察。关于该望远镜，下列说法正确的是（　　）
D
A．它的物镜和目镜都是凹透镜
B．它的物镜相当于投影仪，用来把物体放大
C．物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成虚像
D．它由两个透镜组成，靠近眼睛的为目镜，靠近被观测物体的为物镜
解析见下页
二 望远镜
A．望远镜的物镜和目镜都是凸透镜，故A错误；
B．望远镜的物镜相当于照相机的镜头，使远处的物体成一个倒立缩小的实像，故B错误；
C．望远镜的物镜的作用是使得无限远处的物体在焦点附近成一个倒立缩小的实像，目镜再把这个像放大，故C错误；
D．望远镜由两组凸透镜组成，靠近眼镜的为目镜，靠近被观测物体的为物镜，故D正确。 故选D。
二 望远镜
【例题3】如图所示用两只焦距不同的放大镜一前一后放在眼前观察远处的物体，下列说法中正确的是（ ）
A. 两只放大镜对物体进行了两次放大
B．两只放大镜组合在一起相当于一台显微镜
C．两只放大镜组合在一起相当于一架望远镜
D．将两只放大镜的位置对换后，观察同一物
体的大小是相同的
C
解析见下页
二 望远镜
A. 两只放大镜对物体进行了两次放大
B．两只放大镜组合在一起相当于一台显微镜
C．两只放大镜组合在一起相当于一架望远镜
D．将两只放大镜的位置对换后，观察同一物
体的大小是相同的
因为是看远处的物体，所以相当于望远镜，前面的透镜成倒立、缩小的实像，相当于照相机；后面的透镜成正立、放大的虚像，相当于放大镜。所以AB错误；
将两只放大镜的位置对换后，观察同一物体的大小是不同的：一次是放大的（焦距小的靠近眼睛作为目镜），一次是缩小的（焦距大的靠近眼睛作为目镜），所以D错误。 故选C。
二 望远镜
03
PART
探 索 宇 宙
伽利略望远镜
1. 使用望远镜探索宇宙的历程
（1）伽利略望远镜
意大利天文学家、物理学家伽利略是第一位把望远镜指向天空的人。1609年伽利略用自制的望远镜观察天体，以确凿的证据支持了哥白尼的“日心说”。第一个观测到了木星的卫星、
太阳黑子和月球上的环形山。
木星及其卫星
太阳黑子
三 探索宇宙
（2）“海王星”的发现
1846年，科学家根据牛顿发现的万有引力定律，猜想天王星外还存在一颗未知的行星。不久，人们用望远镜在预测的位置发现了这颗行星，它被命名为“海王星”。
哈勃太空望远镜
（3）哈勃太空望远镜
为改进对星体的观察，1990年美国向太空发射了一台望远镜，叫哈勃太空望远镜，可以排除大气层的干扰，使人类观测宇宙的能力空前提高。
三 探索宇宙
（4）中国“天眼”射电望远镜
中国“天眼”500米口径球面射电望远镜工程由我国天文学家于1994年提出构想，从预研到建成历时22年，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。
科学家通过“中国天眼”FAST发现了迄今为止唯一一例持续活跃的重复快速射电暴FRB 20190520B，并将其定位于一个距离我们30亿光年的矮星系。这一发现对于更好理解快速射电暴这一宇宙神秘现象具有重要意义。
三 探索宇宙
2. 我们的宇宙
宇宙是一个有层次的天体结构系统。
（1）宇宙：我们的宇宙中拥有上千亿个星系；
（2）银河系：银河系只是宇宙中上千亿个星系中的一个。银河系异常巨大，一束光穿越银河系需要10万年的时间。
三 探索宇宙
（3）太阳系：太阳不过是银河系中几千亿颗恒星中的一员。太阳周围有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星绕它运行，地球在离太阳比较近的第三条轨道上。此外，还有若干其他天体绕太阳转动。
（4）地球：地球在离太阳比较近的第三条轨道上，是太阳系中的一颗普通行星。
三 探索宇宙
【例题4】下列各物体的尺度，按由大到小的顺序排列正确的是（ ）
A．地球、太阳、银河系 B．银河系、太阳、地球
C．银河系、地球、太阳 D．太阳、银河系、地球
B
宇宙中拥有数十亿个星系，银河系只是这数十亿个星系中的一个．银河系异常巨大，太阳不过是银河系中几千亿颗恒星中的一员．太阳周围有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星绕它运行，故B符合题意，ACD不符合题意．
三 探索宇宙
04
PART
课堂总结
显微镜和望远镜
课堂总结（1）
显微镜
①构造：物镜（相当于投影仪）、目镜（相当于放大镜）、
载物片、反光镜。
②原理：物体首先通过物镜成倒立、放大的实像；
目镜把物镜形成的实像再次放大，得到正立、放大的虚像。
③放大倍数：放大倍数=物镜的放大倍数×目镜的放大倍数
①构造：物镜（相当于照相机）、目镜（相当于放大镜）。
②原理：远处物体首先通过物镜成倒立、缩小的实像；
目镜把物镜形成的实像放大，得到正立、放大的虚像。
③视角：从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角。
影响因素：物体本身的大小，物体到眼睛的距离。望远镜物镜
所成的象比原物小，但通过目镜放大，视角会变得很大。
①使用望远镜探索宇宙的历程：伽利略望远镜、哈勃太空望远镜。
②宇宙是个有层次的天体结构系统：宇宙、银河系、太阳系、地月系。
望远镜
先经过物镜 后经过目镜
显微镜 成像特点 倒立、放大的实像 正立、放大的虚像
相当于 投影仪 放大镜
最终成像 显微镜成_____、_____的虚像 望远镜 成像特点 倒立、缩小的实像 正立、放大的虚像
相当于 照相机 放大镜
最终成像 望远镜成_____、_____的虚像 显微镜和望远镜比较
课堂总结（2）
倒立、放大
倒立、缩小
05
PART
动手动脑学物理
1. 如图所示，把一滴水滴在玻璃板上，在玻璃板下面放置一个用眼睛看不清楚的小物体。可以看到水滴就是一个放大镜。如果还看不清小物体，再拿一个放大镜位于水滴的上方。慢慢调节放大镜与水滴之间的距离，你就可以看清玻璃板下的微小物体!
本题是一道实际操作性探究实验题，水滴相当于一个凸透镜，它对小物体能起到一次放大的作用，在水滴上方再放一个凸透镜，则对小物体又一次放大。当放大镜与水滴之间的距离调节适当时，共同作用相当于简易的显微镜，这样就能看清玻璃板下的微小物体了。
动手动脑学物理
2. 收集人类探索宇宙历程的资料，自拟题目就你喜欢的相关问题写一篇科学小短文。
德国科学家开普勒发现了行星运动的规律，英国科学家牛顿又进一步证明了行星围绕绕太阳运行是受到“万有引力”的作用，从而进一步揭示了宇宙的秘密。太阳周围有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星绕它运行，地球在离太阳比较近的第三条轨道上。月球是地球的卫星，绕地球转动。
1961年4月，“东方1号”飞船载着27岁的前苏联空军少校加加林，进行了108分钟的太空旅行。这是人类历史上第一次载人航天飞行，加加林也成为人类造访太空的第一人。
同年，美国启动“阿波罗登月计划”。8年之后的7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗就在月球上留下了人类的第一个足印。在踏上月球的一刻，人类第一位月宫使者由衷慨叹：这是个人的一小步，却是人类的一大步。
动手动脑学物理
现在，人们可以利用巨大的天文望远镜和先进的射电望远镜，对宇宙中遥远的天体进行观察。还可以利用人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等把仪器和人送到宇宙空间或其他星球上，探索更多的宇宙秘密。通过多年的探索，现在人们知道：太阳并不是宇宙中唯一的恒星。天空中闪烁着群星，都是像太阳一样能发光的恒星。它们距离地球很远，其中最近的也有4. 22光年。（光年是计量天体距离的单位，光每秒传播约30万千米）有些恒星离我们太远，肉眼无法分辨。如果通过天文望远镜观瘵，可以发现：横贯天空的银河，原来是由许多恒星构成的。这个庞大的恒星集团，大约有1 000亿～2 000亿颗恒星，构成“铁饼”形，直径约10万光年。人们把这个庞大的恒星集团叫做银河系。
动手动脑学物理
我们的太阳系是银河系的一员，距银河系中心约3万光年，与众多恒星一起，围绕银河系中心运动着。
银河系在宇宙中并不是唯一的恒星集团。在银河系外还有很多像银河系一样的庞大的恒星集团，叫做河外星系。例如仙女座星系、猎犬座星系。目前，人类已经发现了上千亿个河外星系，这些河外星系也都在运动着。
银河系和我们现在所能观测到的所有河外星系，被称做总星系。
现在，用射电望远镜已能观测到约130亿光年外的宇宙空间情况，但仍没有找到宇宙的边缘。
动手动脑学物理
06
PART
课堂练习
1.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凸透镜，靠近眼睛的是_____，靠近被观察物体的是____，来自物体的光经过凸透镜成倒立、_____的像。目镜使“物体”成正立、______ 的像。用显微镜观察物体时，物镜对物体所成的像是一个放大的_____（填“虚”或“实”）像，道理就像_______的镜头成像一样，目镜的作用则像一个________ ，再次对这个像成放大的____（填“实”或“虚”）像。
放大
目镜
实
放大镜
投影仪
课堂练习
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凸透镜，靠近眼睛的是目镜，靠近被观察物体的是物镜，来自物体的光经过凸透镜成倒立、放大的实像，相当于投影仪。目镜使“物体”成正立、放大的虚像，相当于放大镜。
物镜
放大
虚
2．望远镜的原理是将远处的物体经过物镜在焦点附近成一个______________像，落在目镜的________；再经目镜使这个像再成一个____________像。物镜相当于______，目镜相当于_______。
倒立缩小的实
焦点内
正立放大的虚
照相机
望远镜成像时相当于照相机，将远处的物体经过物镜在焦点附近成一个倒立缩小的实像。
放大镜
课堂练习
望远镜的目镜相当于放大镜，把物镜所成的倒立缩小的实像继续放大，故实像应该落在目镜的焦点内，成正立放大的虚像。
3．宇宙是一个_____（有/无）层次的天体结构系统，天文学中常用光年做______（时间、长度）单位；在太阳系中，太阳是______（选填“星系”、“恒星”或“星”）。
有
长度
宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。
光年是光在一年内通过的路程，天体之间相距遥远，天文学中常用光年做长度单位。
在太阳系中，太阳自身能发光发热是恒星。
恒
课堂练习
4. 探究宇宙的奥秘，一直是人类孜孜不倦的追求。下列关于宇宙及星体运动的说法正确的是（ ）
A．地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动
B．太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
C．地球是绕太阳运动的一颗行星
D．“日心说”是正确的，“地心说”是错误的
C
太阳是太阳系的中心，地球、月亮及其他行星都绕太阳运动；地球是绕太阳运动的一颗行星；
日心说不正确。太阳并非宇宙中心，只是太阳系的中心。
课堂练习
5．如图所示为实验室用显微镜和天文望远镜，关于图中两种仪器下列说法错误的是（　　）
A．显微镜的目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立放大的实像
B．天文望远镜的目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立缩小的实像
C．显微镜的目镜相当于凸透镜，物镜相当于凹透镜
D．天文望远镜的目镜和物镜都相当于凸透镜
C
解析见下页
课堂练习
AC．显微镜的目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像，物镜相当于投影仪，成放大、倒立的实像，故A正确，不符合题意，C错误，符合题意；
BD．望远镜的目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像，物镜相当于照相机，成倒立缩小的实像，故BD正确，不符合题意。 故选C。
课堂练习
6．在下列四幅图中，
每幅图都能展示出一定的
物理知识。其中说法错误
的是（　　）
A．甲图反映太阳系由许多行星围绕太阳转动，地球是太阳系中的一颗普通恒星
B．乙图是伽利略时代的望远镜
C．丙图是显微镜的结构图。显微镜的物镜相当于幻灯机，成倒立放大的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像
D．丁图给出望远镜的物镜相当于照相机，成倒立缩小的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像
A
解析见下页
课堂练习
A．甲图反映太阳系由许多行星围绕太阳转动，地球是太阳系中的一颗普通行星，故A错误，A符合题意；
B．乙图是伽利略时代的望远镜，故B正确，B不符合题意；
C．丙图是显微镜的结构图。显微镜的物镜相当于幻灯机，成倒立放大的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像，故C正确，C不符合题意；
D．丁图给出望远镜的物镜相当于照相机，成倒立缩小的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像，故D正确，D不符合题意。 故选A。
课堂练习
7．如图表示一种光学仪器的成像原理，这种仪器是______（选填“望远镜”或“显微镜”），目镜的作用相当于 ______（选填“放大镜”或“投影仪”）。
望远镜
由图可知，远处的物体先通过物镜使物体成一倒立、缩小的实像，然后用目镜把这个实像再放大成正立、放大的虚像，就能看清很远处的物体，这就是望远镜的原理，目镜相当于一个放大镜。
放大镜
课堂练习
8．如图，取两个焦距不同的放大镜，一只手握住一个，把焦距较长的放大镜放在前面远离眼睛，焦距较短的放大镜放在后面靠近眼睛，通过两个放大镜看前面的物体，调整两个放大镜间的距离，直到看得最清楚为止。物体是_____（选填“变大”或“变小”）；若接着把两个放大镜的位置前后对调，物体是_____（选填“变大”或“变小”）。
变大
变小
解析见下页
课堂练习
通过两个焦距不同的放大镜演示望远镜成像原理，前面焦距大的凸透镜相当于望远镜的物镜，使远处的物体在焦点附近成倒立的实像，后面焦距小的凸透镜相当于望远镜的目镜，用来把这个实像放大，所以我们看到了物体倒立、放大的像。
望远镜的放大倍数等于物镜焦距除以目镜焦距；若望远镜的两个凸透镜位置颠倒，焦距小的作为物镜，焦距大的作为目镜，则放大倍数小于1，成缩小的像。
课堂练习
9．自制水滴显微镜，探究显微镜的工作原理。器材：焦距较长的凸透镜一个，滴管一个，废录音带盒一个，清水。
（1）本实验以小水滴作为显微镜的_____镜，它与被观察物体的间距为 10-15mm，如图所示。
（2）如果废录音带盒的厚度是 12mm，那么最终水滴凸透镜的焦距范围是：___________ 。
（3）若用眼镜代替凸透镜，在家里
完成上述实验，应该选用______
（选填“近视”或“远视” ）眼镜。
物
远视
解析见下页
课堂练习
（1）小水滴椭圆形，所以其相当于一个凸透镜，其靠近物体，是当作显微镜的物镜来使用的；
（2）显微镜物镜成倒立、放大的实像，此时物距满足：
即：凸透镜的焦距为：
（3）远视眼成像与视网膜后，
应配戴凸透镜。在家里完成
上述实验，应该选用远视眼镜。
课堂练习
10．小明同学 “探究物体对眼睛视角大小的相关因素”，他通过观察不同高度的树木且不断地改变眼睛与树木的距离，得到数据如表格所示：
物体高度h/m 4 2 1 距物体距离s/m 6 4 2 6 4 2 6 4 2
视角α/度 36.8 53.1 90 19 28 53 9.5 14.2 28
分析表格中的数据可得到的结论有：
①在观察相同高度的物体时，视角的大小与________________有关，________越远，视角越______；
②观察者的眼睛与物体距离不变时，视角的大小与____________有关，_______越大，视角越____。
距物体的距离
距离
小
物体的高度
高度
大
课堂练习
【分析】要解答本题需掌握：
（1）物理学中，控制变量法的应用；即要研究视角的大小与距物体的距离的关系，就要保持物体的高度一定；要研究视角的大小与物体高度的关 系，就要控制距物体的距离一定．
（2）分析实验数据，从实验数据中得出规律．
【详解】分析表格中的数据，在观察相同高度的物体时，比如，物体高度是4m ，距物体的距离越远，视角越小．
观察者的眼睛与物体距离不变时，比如，观察者距物体距离是8m ，物体的高度由1m变为2m和4m，高度越大，视角越大．
课堂练习

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