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物理小论文之望远镜和显微镜的成像研究
发布日期:2019年3月10日  浏览量:1741
 

望远镜和显微镜的成像研究

 

指导老师:黄晓江

完成人:陆文昊、詹逸飞

 

摘要:

人用肉眼观察物体有较大的局限性,如人眼不能看清很远处的物体,也不能看到微观领域的微生物等.望远镜的作用就是使远处的物体在近处成像以便看清,如用一架好的双筒望远镜可以清晰地看到月球上的环形山,还可以看到许多平时看不到的星星.显微镜则是将细微物体成放大若干倍的像,便于看清微生物、动植物细胞等微小的物体

 

关键词:成像,放大

 

                                               

                         

1.绪论

 

1.1引言

人类很早以前想探索微观世界的奥秘,但是苦于没有理想的工具和手段。1675年荷兰生物学家列文虎克用显微镜发现了十分微小的原生动物和红血球,甚至用显微镜研究动物的受精作用。列文虎克掌握了很高的磨制镜片的技艺,制成了当时世界上最精致的可以放大270倍的显微镜。以后几百年来,人们一直用光学显微镜观察微观和探索眼睛看不到的世界,但是由于光学显微镜的分辨率只能达到光波的半波长左右,这样人类的探索受到了限制。进人20世纪,光电子技术得到了长足的发展,1933年德国人制成了第一台电子显微镜后,几十年来,又有许多新型的显微镜问世。

很早以前,人们就知道某些光学装置能够“放大”物体。比如在《墨经》里面就记载了能放大物体的凹面镜。[1]至于凸透镜是什么时候发明的,可能已经无法考证。凸透镜——有的时候人们把它称为“放大镜”——能够聚焦太阳光,也能让你看到放大后的物体,这是因为凸透镜能够把光线偏折。你通过凸透镜看到的其实是一种幻觉,严格的说,叫做虚像。当物体发出的光通过凸透镜的时候,光线会以特定的方式偏折。当我们看到那些光线的时候,或不自觉地认为它们仍然是沿笔直的路线传播。结果,物体就会看上去比原来大。

单个凸透镜能够把物体放大几十倍,这远远不足以让我们看清某些物体的细节。公元13世纪,出现了为视力不济的人准备的眼镜——一种玻璃制造的透镜片。随着笼罩欧洲一千年的黑暗消失,各种新的发明纷纷涌现出来,显微镜(microscope)就是其中的一个。大约在16世纪末,荷兰的眼镜商詹森(Zaccharias Janssen)和他的儿子把几块镜片放进了一个圆筒中,结果发现通过圆筒看到附近的物体出奇的大,这就是现在的显微镜和望远镜的前身。

 

1.2凸透镜和凹透镜的研究现状

凸透镜边缘薄、中间厚,至少要有一个表面制成球面,亦可两面都制成球面。可分为双凸、平凸及凹凸透镜三种 。

凸透镜主要对光线起会聚作用。

凸透镜是折射成像,成的像可以是正立、倒立;虚像、实像;放大、等大、缩小。

凹透镜边缘厚、中间薄,至少要有一个表面制成球面,亦可两面都制成球面。可分为双凹、平凹及凸凹透镜三种。

凹透镜主要对光线起发散作用。

凹透镜是折射成像,只能成正立、缩小的虚像。对光线起发散作用。

 

2.望远镜和显微镜的成像原理

2.1凸透镜成像和其规律

 

凸透镜成像规律

物距(u) 像距(v) 正倒 大小 虚实  应用   特点   物,像的位置关系

u>2f   2f>v>f   倒立 缩小 实像 照相机   -          物像异侧

u=2f   v=2f     倒立 等大 实像 测焦距  成像大小的分界点  物像异侧

2f>u>f v>2f       倒立 放大 实像 幻灯机   -物像异侧

u=f   -      -   -   不成像 强光聚焦手电筒 成像虚实的分界点  -

f>u v>u    正立  放大  虚像  放大镜    虚像在物体同侧虚像在物体之后   

 

2.2凹透镜成像和其规律

 

 

                          

                                                    

 

1、对于薄凹透镜:

当物体为实物时,成正立、缩小的虚像,像和物在透镜的同侧;

当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以内时,成正立、放大的虚像,像与物在透镜的同侧;

当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为一倍焦距时,成像于无穷远;

当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以外两倍焦距以内时,成倒立、放大的虚像,像与物在透镜的异侧;

当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为两倍焦距时,成与物体同样大小的虚像,像与物在透镜的异侧;

当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为两倍焦距以外时,成倒立、缩小的虚像,像与物在透镜的异侧。

 

2、如果是厚的弯月形凹透镜,情况会更复杂。当厚度足够大时相当于伽利略望远镜,厚度更大时还会相当于正透镜

 

                               

                                        

                                                             3.结论

 

凸透镜和凹透镜的规律性成像是这些发明产物的原理支持,如投影仪,天文望远镜,显微镜等等。。。

凸透镜一倍焦点分虚实,二倍焦点分大小,二倍焦点物像等。实像总是异侧倒。

物近像远像变大,物远像近像变小。

虚像总是同侧正。物远像远像变大,物近像近像变小。

像的大小像距定,像儿追着物体跑,物距像距和在变。

一倍焦距分虚实,两倍焦距分大小。物近像远像变大,物远像近像变小。

 

凹透镜当物体为实物时,成正立、缩小的虚像,像和物在透镜的同侧;

当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以内时,成正立、放大的虚像,像与物在透镜的同侧;

当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为一倍焦距时,成像于无穷远;

当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以外两倍焦距以内时,成倒立、放大的虚像,像与物在透镜的异侧;

当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为两倍焦距时,成与物体同样大小的虚像,像与物在透镜的异侧;

当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为两倍焦距以外时,成倒立、缩小的虚像,像与物在透镜的异侧。

                                                                                

 

                       

参考文献

 

[1]雷一东.墨经校解.齐鲁书社出版.2006.348

 

 

 

 

致谢

在论文完成之际,我首先向关心帮助和指导我的黄老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意!在这次东华研究即将结束,回顾当初的种种经历,面对现在的收获,我感到非常欣慰和感慨。为此,我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!在论文工作中,遇到了许许多多这样那样的问题,有的是专业上的问题,有的是实验中比较普遍性的问题,但是都获得了解决和大大的改善。

同时也感谢我的父母支持我这次小小的尝试,体验了大学生撰写论文、做实验分析,去验证等等的过程。


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