初中物理八年級上冊顯微鏡和望遠鏡教學設計

顯微鏡和望遠鏡

●教學目標一、知識目標了解顯微鏡和望遠鏡的基本結構．二、能力目標1．通過觀察引導學生發(fā)散思維．2．培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力．三、德育目標初步認識科學技術對于社會發(fā)展和人類生活的影響．

●教學重點知道顯微鏡和望遠鏡的基本結構．

●教學難點利用兩組凸透鏡成像規(guī)律理解顯微鏡和望遠鏡的原理．

●教學用具投影儀、投影片、顯微鏡、望遠鏡、放大鏡、掛圖、火柴盒、無色透明塑料膜、水、燒杯、滴管、裝片(植物)．

●課時安排1課時

●教學過程一、創(chuàng)設情景，引入新課［師］我們在白紙上畫一個小箭頭，用兩個火柴盒壓住，在它上面放一塊無色透明的塑料膜，用滴管從燒杯中吸上一些水，小心地把一個小水滴滴在塑料膜上，觀察到什么現(xiàn)象？［教師巡回指導，讓學生們調(diào)整水滴跟桌面的距離，或滴管改變水滴的直徑］［生甲］觀察到一個正立、放大的箭頭．［生乙］觀察到一個倒立、放大的箭頭．［生丙］從實驗中可得出小水滴相當于一個凸透鏡．［生?。莞淖兯胃烂娴木嚯x可得到正立放大的箭頭和倒立放大的箭頭．［師］同學們回答的很好，說明大家觀察很認真，那么如何能放大的更大？學生們再一次調(diào)整或借用其他儀器嘗試．［生甲］從水滴看到一個和原來方向相反放大的箭頭．再用一只放大鏡來觀察水滴．當放大鏡移到一定位置，看到一個清晰的和原來方向相反的被放得很大的箭頭．［學生們對這個結果很迷惘］［師］看投影，在膠片上我畫了個很小很小的三角形，經(jīng)過投影儀，在屏幕上成倒立、放大的像，現(xiàn)在通過放大鏡，再看看．［生甲］看到比原來三角形大好幾倍的三角形．［學生們走出困惑，情緒高漲］［師］人眼觀察物體的細微結構時，分辨本領是有限的．把物體移近些，可以看得清楚些，借用放大鏡可以看得更清楚些，但對于太細微的結構，如生物的細胞，移得再近，用放大鏡也是看不清楚的．我們從實驗中可看出用兩個凸透鏡可以放得更大．利用這個原理就制成了顯微鏡，想了解它嗎？想了解什么？二、新課教學［生甲］顯微鏡的構造？［生乙］顯微鏡的原理是什么？［生丙］如何使用顯微鏡？結合課本圖3.5—1投影．讓學生講解．［生甲］顯微鏡鏡筒的兩端各有一組透鏡，每組透鏡的作用都相當于一個凸透鏡．［生乙］靠近眼睛的凸透鏡叫做目鏡．［生丙］靠近被觀察物體的凸透鏡叫做物鏡．［生?。莘垂忡R可旋轉，能使反射光線從下方照射到被觀察的物體上，增大物體的亮度．［生戊］載物臺用來放置被觀察的物體，載物臺中央有一圓孔，反射鏡反射的光線從下方穿過圓孔，照射在被觀察物體上．［生己］物體通過物鏡成放大的實像．這個實像作為目鏡的“物體”，通過目鏡成放大的虛像．［生庚］顯微鏡使物體經(jīng)過兩次放大，使肉眼看不到的小物體能看到．［生辛］物鏡使物體成放大、實像，物距在二倍焦距和焦距之間；目鏡使物體成放大、虛像，物距在焦距之內(nèi)．［師］同學們回答的很好，顯微鏡就是根據(jù)這個原理制成的．顯微鏡的放大倍數(shù)等于物鏡的放大倍數(shù)乘以目鏡的放大倍數(shù)．一、顯微鏡(板書)原理：物鏡f＜u＜2f目鏡u＜f［師］現(xiàn)在我們使用顯微鏡觀察裝片，先用眼觀察，再用顯微鏡觀察．［學生們觀察、教師指導，使學生觀察到清晰的像］［師］約400年前在荷蘭的一個小鎮(zhèn)上，一個磨眼鏡片的手藝人不經(jīng)意地透過一前一后放置的兩個鏡片去看遠處的景物時，發(fā)現(xiàn)這些景物近了許多，大約1609年，意大利的科學家伽利略知道了這件事，他在研究之后，用兩個凸透鏡做成了一臺望遠鏡．他后來不斷改進，用自己的望遠鏡第一次發(fā)現(xiàn)了天上的銀河并不是一片連續(xù)發(fā)光的云，而是由許多的星星組成的．他發(fā)現(xiàn)月亮表面并不是平坦的．而是有許多高低不同的環(huán)形山；發(fā)現(xiàn)了太陽黑子，看到了土星周圍有一圈光環(huán)．更重要的是，他發(fā)現(xiàn)了有四顆衛(wèi)星繞著木星轉，很神奇是嗎？想了解吧．［生甲］望遠鏡的構造是什么樣的？［生乙］為什么使用望遠鏡觀察物體會感到物體被放大？［生丙］望遠鏡和顯微鏡的原理是一樣的嗎？［生?。萃h鏡的種類有哪些？［師］看投影課本圖3.5—2，仔細觀察分析的結論．［生甲］望遠鏡也是由兩組凸透鏡組成．［生乙］靠近眼睛的叫做目鏡，靠近被觀測物體的叫做物鏡．［生丙］物鏡的作用是使遠處的物體在焦點附近成實像．［生?。菽跨R的作用相當于一個放大鏡，用來把這個像放大．［生戊］我們能看清一個物體，它對我們的眼睛所成“視角”的大小十分重要，物體對眼睛所成視角的大小和物體本身大小有關，還和物體到眼睛的距離有關．［生己］望遠鏡的物鏡所成的像雖然比原來的物體小，但它離我們的眼睛很近，再加上目鏡的放大作用．視角就可以變得很大．［生庚］顯微鏡和望遠鏡都是由兩組凸透鏡組成，都叫物鏡和目鏡，但有不同的地方，顯微鏡的物鏡，物距在二倍焦距和一倍焦距之間，成倒立放大的像．作用是使物體進行一次放大．望遠鏡的物鏡，物距在二倍焦距以外，成倒立縮小的像，作用是把遠處的物體與眼睛的距離拉近．目鏡都起放大鏡的作用．［師］就同學們所講，望遠鏡的物鏡直徑比我們眼睛的瞳孔大得多，這樣它可以會聚更多的光使得所成的像更加明亮．這一點在觀測天空中的暗星時非常重要．現(xiàn)代天文望遠鏡都是力求把物鏡口徑加大，以求觀測到更暗的星．二、望遠鏡(板書)原理：物像：u＞2f倒立縮小的像．目鏡：u＜f正立、放大的像．［生甲］望遠鏡有伽利略望遠鏡、開普勒望遠鏡、牛頓式反射望遠鏡、哈勃太空望遠鏡．［生乙］還有普通望遠鏡、軍事望遠鏡、紅外線望遠鏡．［師］大家知道的真多，能否簡單介紹一下．［生甲］我們見到的普通望遠鏡和軍事望遠鏡都是雙筒的，是雙筒望遠鏡，它的兩個鏡筒都是拐了彎的．在拐彎處分別安裝了兩個“全反射棱鏡”．這種設計一方面縮短了鏡筒的長度，再者經(jīng)過那兩塊棱鏡的兩次反射也能使本來倒立的像正立過來．［生乙］望遠鏡觀看的對象在遠處，無法移近，要看清楚就要盡可能多地收集遠處物體發(fā)來的光，觀察宇宙中的星體時更是要這樣．因此望遠鏡的物鏡總是做得盡可能大，用玻璃不可能制成直徑很大的透鏡．因為大塊玻璃質(zhì)地不均勻，會導致透鏡折光不好，使看到的像有扭曲，為了消除凸透鏡成像的缺點，牛頓發(fā)明了反射望遠鏡．它的物鏡不用凸透鏡而用凹面反射鏡，也使光在目鏡焦點處成實像．［生丙］在地面上用望遠鏡觀察星空時，星體發(fā)來的光在穿過大氣層的時候，要被吸收一些，還要受到不規(guī)則折射的影響，因此大大影響像的質(zhì)量，為改進對星體的觀察，1990年美國向太空發(fā)射了一臺望遠鏡，叫哈勃太空望遠鏡．三、小結引導學生小結顯微鏡構造：①物鏡原理f＜u＜2f②目鏡原理放大鏡作用望遠鏡構造：①物鏡原理u＞2f②目鏡原理放大鏡作用四、布置作業(yè)P67動手動腦學物理①②．［動手動腦學物理參考答案］1．注意這個實驗可以讓學生做一下，但要注意安全，不要讓燒熱的玻璃珠碰到身體．2．把放大倍數(shù)較大(焦距較短)的凸透鏡放在靠近眼睛的位置時，遠處物體看上去變大了；兩個放大鏡位置對調(diào)以后，遠處物體看上去變小了．為了使遠處的物體看得更清楚，就要使物體放大，所以要用兩個焦距不同的放大鏡．如果兩個放大鏡焦距相同，就沒有放大作用了．五、板書設計六、課后練習1．顯微鏡由____、____、____、____構成．2．顯微鏡是由____和____兩組凸透鏡構成．物鏡是____成____、____的像．目鏡使“物體”成____、____的像．3．望遠鏡是由____和____兩組凸透鏡組成．物鏡是____成____、____像．目鏡使“物體”成____、____像．［參考答案］1．目鏡、物鏡、反光鏡、載物臺2．目鏡、物鏡、f＜u＜2f；倒立、放大；正立、放大3．目鏡、物鏡、u＞2f；倒立、縮??；正立、放大

●活動與探究［課題］制作望遠鏡［內(nèi)容］學過了有關望遠鏡的一些知識．學生們也想用望遠鏡觀看星象，迫切需要有一架天文望遠鏡，但是目前國內(nèi)能買到望遠鏡的地方不是很多，而需要買到自己合適的也不很容易，所以最好的辦法就是自己做一架，這也是一件非常有意義的事情．［過程］怎么制作呢？要想自制，首先要了解天文望遠鏡的光學性能？1．放大率與視場放大率是望遠鏡觀看物體本領的一種光學性能，一般人認為，放大率越大看星象越清楚．放大率等于物鏡焦距和目鏡焦距之比，所以增大物鏡的焦距同時減小目鏡的焦距，能得到適當?shù)姆糯舐?，然而如果放大率無限增大、物鏡的口徑?jīng)]有同時增大，會導致光力越來越弱，用這樣的望遠鏡觀看景象，不僅不能增加觀看細節(jié)的效果，反而難辨真實面目，與此同時用大倍率望遠鏡看到星象被放大了，使星象抖動的大氣也隨之放大，這樣星象仿佛蒙上了一層跳蕩的面紗，又不清楚了．所以，無限增大放大率，反而是費力不討好，得不償失．2．口徑與分辨角世界上最大的天文臺，都努力用最大口徑望遠鏡觀看天體，特別是探索暗弱天體的秘密，更是如此，望遠鏡的口徑大小是個尺度，用它可以衡量天文臺的工作能力．每架望遠鏡的觀察的可能限度，取決于鏡口的直徑，它表示集光能力的不同，口徑越大集光能力就越強，這種集光本領與物鏡口徑成反比，例如用60cm鏡進行觀測時，假定眼睛瞳孔的直徑是6mm，我們對于所看到的星體的亮度放大率為10000倍，我們把望遠鏡所觀測到的星等，叫做望遠鏡的“極限星等”．對于同一顆星，人的肉眼和望遠鏡看上去有相當?shù)牟顒e．望遠鏡最大能看到的極限星等M和口徑D相關，經(jīng)驗公式：M=7.1+5logD(D以cm為單位)由此可以計算出10cm的望遠鏡可以看到12等的星，不過這僅僅是理想公式．在實際觀測中很難達到．原因是光在傳播過程中有各種各樣的損失；另外在城市里面觀測，晚間受燈光干擾，會使計算的星等下降1～2個星等．望遠鏡還有另一個重要指標：角分辨率，定義為A，經(jīng)驗公式是：A=12″/D(角秒)D表示口徑，單位為cm，從式中可以看出，口徑越大，角分辨率越大，可以分辨更多細節(jié)．從上面的討論可以看出，觀測效果越好，所需望遠鏡的口徑越大，但是口徑越大制造越麻煩，所以建議剛剛開始磨制望遠鏡的朋友選擇10cm～30cm比較合適．將來可以挑戰(zhàn)更大口徑．3．焦距與光力望遠鏡的焦距是指物鏡的焦距，如牛頓式是單片凹面鏡的焦距值；卡片是主鏡和副鏡的合成焦距，不管哪種望遠鏡，制成后的焦距是一個定值，一般焦距越大一定張角的天區(qū)在望遠鏡上的像越大，測量恒星的位置越能準確，觀看有視面的星體，表面細微部分越清楚，比如，60m以上焦距的望遠鏡，觀看木星的像直徑達15mm(47″)，而用2m焦距來看，只能看到0．5mm直徑的斑點，這樣看來望遠鏡的焦距越長越好．但是，當望遠鏡口徑一定時，如果焦距無限增加，看到的恒星表面光度變暗，影響效果，也就是說光力減弱．光力是指口徑與焦距的比值，用A表示，即：A=D/f光力又叫做相對口徑或簡稱焦比，從公式來看，焦距越長光力越弱，觀看有視面天體細微部分效果變差，觀看更弱天體則無能為力．因為觀看景像最后要用眼睛，而人眼觀看星像的亮暗程度，與光力A的平方成比例，而望遠鏡制作時，要看望遠鏡所能擔負的任務，選擇合適的光力．在實際應用上，把光力的比值的倒數(shù)叫做相對焦距，如F8表示焦距是口徑的8倍，10cm口徑，焦距為80cm；20cm口徑時，焦距為160cm，一般觀看月亮，行星的細部，望遠鏡光力可選擇～之間，觀看大范圍的星云和星團光力可選擇～之間．結果：制作望遠鏡．材料：準備兩個凸透鏡，一個焦距比另一個稍大一些，分別與兩個透鏡尺寸差不多的大小硬紙筒，大紙筒可套進小紙筒，紙筒也可自己制作．制作：將焦距較大的透鏡作為物鏡，較小的作為目鏡，分別將它們固定在大小兩個紙筒中，如右圖所示：使用：將物鏡對準遠處的物體，不斷推拉小紙筒，直到看到清楚放大的像為止．原理：如下圖所示，從遠處物體射到物鏡上的光線是平行的．經(jīng)物鏡后，在焦點外距焦點很近的地方，得到物體的倒立、縮小的像．目鏡的前焦點和物鏡的后焦點是重合在一起的．所以實像位于目鏡和它的焦點之間離焦點很近的地方，實像對于目鏡來說是物體，它對于目鏡所成的像是放大的虛像．這樣，當我們對著目鏡進行觀察的時候，進入眼睛的光線就好像直接從這個放大的虛像射來的．

●備課資料1．光學顯微鏡光學顯微鏡是利用光學原理，把人眼所不能分辨的微小物體放大成像，以供人們提取微細結構信息的光學儀器．早在公元前一世紀，人們就已發(fā)現(xiàn)通過球形透明物體去觀察微小物體時，可以使其放大成像．后來逐漸對球形玻璃表面能使物體放大成像的規(guī)律有了認識．1590年，荷蘭和意大利的眼鏡制造者已經(jīng)造出類似顯微鏡的放大儀器．1610年前后，意大利的伽利略和德國的開普勒在研究望遠鏡的同時改變物鏡和目鏡之間的距離，得出合理的顯微鏡光路結構，當時的光學工匠遂紛紛從事顯微鏡的制造、推廣和改進．17世紀中葉，英國的胡克和荷蘭的列文胡克，都對顯微鏡的發(fā)展作出了卓越的貢獻，1665年前后，胡克在顯微鏡中加入粗動和微動調(diào)焦機構、照明系統(tǒng)和承接標本片的工作臺．這些部件經(jīng)過不斷改進，成為現(xiàn)代顯微鏡的基本組成部分．1673～1677年期間，列文胡克制成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡，其中9臺保存至今，胡克和列文胡克利用自制的顯微鏡．在動、植物機體微觀結構的研究方面取得了杰出的成就．19世紀，高質(zhì)量消色差浸液物鏡的出現(xiàn)，使顯微鏡觀察微細結構的能力大為提高，1827年阿米奇第一個采用了浸液物鏡，19世紀70年代，德國人阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基礎．這些都促進了顯微鏡制造和顯微鏡觀察技術的迅速發(fā)展，并為19世紀后半葉包括科赫、巴斯德等在內(nèi)的生物學家和醫(yī)學家發(fā)現(xiàn)細菌和微生物提供了有力的工具．在顯微鏡本身結構發(fā)展的同時，顯微觀察技術也在不斷創(chuàng)新：1850年出現(xiàn)了偏光顯微術；1893年出現(xiàn)了干涉顯微術；1935年荷蘭物理學家澤爾尼克創(chuàng)造了相襯顯微術，他為此在1953年獲得了諾貝爾物理學獎．古典的光學顯微鏡只是光學元件和精密機械元件的組合，它以人眼作為接收器來觀察放大的像．后來在顯微鏡中加入了攝影裝置．以感光膠片作為可以記錄和儲存的接收器．現(xiàn)代又普遍采用光電元件，電視攝像管和電荷耦合管等作為顯微鏡的接收器，配以微型電子計算機后構成完整的圖像信息采集和處理系統(tǒng)．表面為曲面的玻璃或其他透明材料制成的光學透鏡可以使物體放大成像，光學顯微鏡就是利用這一原理把微小物體放大到人眼足以觀察到的尺寸．近代的光學顯微鏡通常采用兩級放大，分別由物鏡和目鏡完成．被觀察物體位于物鏡的前方，被物鏡作第一級放大后成一倒立的實像，然后此實像再被目鏡作第二級放大成一虛像，人眼看到的是虛像，而顯微鏡的總放大倍率就是物鏡放大倍率和目鏡放大倍率的乘積，放大倍率是指直線尺寸的放大比，而不是面積比．光學顯微鏡的組成結構：光學顯微鏡一般由載物臺、聚光照相系統(tǒng)物鏡、目鏡和調(diào)焦機構組成．載物臺用于承放被觀察的物體，利用調(diào)焦旋扭可以驅(qū)動調(diào)焦機構，使載物臺作粗調(diào)和微調(diào)的升降運動，使被觀察物體調(diào)焦清晰成像，它的上層可以在水平面內(nèi)沿作精密移動和轉動，一般都把被觀察的部位調(diào)放到視場中心．聚光照明系統(tǒng)由燈源和聚光鏡構成，聚光鏡的功能是使更多的光能集中到被觀察的部位．照明燈的光譜特性必須與顯微鏡的接收器的工作波段相適應．物鏡位于被觀察物體附近，是實現(xiàn)第一級放大的鏡頭，在物鏡轉換器上同時裝著幾個不同放大倍率的物鏡，轉動轉換器就可讓不同倍率的物鏡進入工作光路，物鏡的放大倍率通常為5～100倍．物鏡是顯微鏡對成像質(zhì)量優(yōu)劣起決定性作用的光學元件，常用的有能對兩種顏色的光線校正色差的消色差物鏡；質(zhì)量更高的還有能對三種色光校正色差的復消色差物鏡；能保證物鏡的整個像面為平面，以提高視場邊緣成像質(zhì)量的平像場物鏡．高倍物鏡中多采用浸液物鏡，即在物鏡的下表面和標本片的上表面之間填充折射率為1．5左右的液體，它能顯著的提高顯微觀察的分辨率．目鏡是位于人眼附近實現(xiàn)第二級放大的鏡頭，鏡放大倍率通常為5～20倍，按照所說的所能看到的視場大小，目鏡可分為視場較小的普通目鏡和視場較大的大視場目鏡(或稱廣角目鏡)兩類．載物臺和物鏡兩者必須能沿物鏡光軸方向作相對運動以實現(xiàn)調(diào)焦，獲得清晰的圖像．用高倍物鏡工作時，容許的調(diào)焦范圍往往小于微米，所以顯微鏡必須具備極為精密的微動調(diào)焦機構．顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率，顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清晰區(qū)分的兩個物點的最小間距，分辨率和放大倍率是兩個不同的但又有聯(lián)系的概念．當選用的物鏡數(shù)值孔徑不夠大，即分辨率不夠高時，顯微鏡不能分清物體的微細結構，此時即使過度地增大放大倍率，得到的也只能是一個輪廊雖大但細節(jié)不清的圖像．聚光照明系統(tǒng)對顯微鏡成像性能有較大影響，但又是易于被使用者忽視的環(huán)節(jié)．它的功能是提供亮度足夠且均勻的物面照明，聚光鏡發(fā)來的光束應能保證充滿物鏡孔徑角．否則就不能充分利用物鏡所能達到的最高分辨率．為此目的，在聚光鏡中沒有類似照相物鏡中的，可以調(diào)節(jié)開孔大小的可變孔徑光闌，用來調(diào)節(jié)照明光束孔徑，以與物鏡孔徑角匹配．改變照明方式，可以獲得亮背景上的暗物點(稱亮視場照明)或暗背景上的亮物點(稱暗視場照明)等不同的觀察方式，以便在不同情況下更好地發(fā)現(xiàn)和觀察微調(diào)結構．光學顯微鏡的分類：光學顯微鏡有多種分類方法：按使用目鏡的數(shù)目可分為雙目和單目顯微鏡，按圖像是否有立體感可分為立體視覺和非立體視覺顯微鏡．按觀察對象可分為生物和金相顯微鏡等；按光學原理分為偏光、相襯和微差干涉對比顯微鏡等；按光源類型可分為普通光、熒光、紅外光和激光顯微鏡等；按接收器類型可分為目視、攝影和電視顯微鏡等．常用的顯微鏡有雙目體視顯微鏡、金相顯微鏡、偏光顯微鏡、紫外熒光顯微鏡等．雙目體視顯微鏡是利用雙通道光路，為左右兩眼提供一個具有立體感的圖像．它實質(zhì)上是兩個單鏡筒顯微鏡并列放置，兩個鏡筒的光軸構成相當于人們用雙目觀察一個物體時所形成的視角，以此形成三維空間的立體視覺圖像．雙目體視顯微鏡在生物、醫(yī)學領域廣泛用于切片操作和顯微外科手術；在工業(yè)中用于微小零件和集成電路的觀測、裝配、檢查等工作．金相顯微鏡是專門用于觀察金屬和礦物等不透明物體金相組織的顯微鏡．這些不透明物體無法在普通的透射光顯微鏡中觀察，故金相和普通顯微鏡的主要差別在于前者以反射光，而后者以透射光照明．在金相顯微鏡中照明光束從物鏡方向射到被觀察物體表面，被物面反射后再返回物鏡成像．這種反射照明方式也廣泛用于集成電路硅片的檢測工作．紫外熒光顯微鏡是用紫外線激發(fā)熒光來進行觀察的顯微鏡．某些標本在可見光中覺察不到結構細節(jié)，但經(jīng)過染色處理，以紫外光照射時可因熒光作用而發(fā)射可見光，形成可見的圖像．這類顯微鏡常用于生物學和醫(yī)學中．電視顯微鏡和電荷耦合器顯微鏡是以電視攝像耦和電荷耦合器作為接收元件的顯微鏡，在顯微鏡的實像面處裝入電視攝像靶或電荷耦合器取代人眼作為接收器，通過這些光電器件把光學圖像轉換成電信號的圖像，然后對之進行尺寸檢測、顆粒計數(shù)等工作．這類顯微鏡可以與計算機聯(lián)用，這便于實現(xiàn)檢測和信息處理的自動化，多應用于需要進行大量繁瑣檢測工作的場合．掃描顯微鏡是成像光束能相對于物面作掃描運動的顯微鏡．在掃描過程中依靠縮小視場來保證物鏡達到最高的分辨率，同時用光學或機械掃描的方法，使成像光束相對于物面在較大視場范圍內(nèi)進行掃描，并用信息處理技術來獲得合成的大面積圖像信息，這類顯微鏡適用于需要高分辨率的大視場圖像的觀測．2．多目標天文望遠鏡對光譜的觀測，是我們理解天體的物理性質(zhì)最重要的手段．但是100年