八年级物理全册4.7神奇的“眼睛”拓展素材新版沪科

神奇的“眼睛”

参考资料：

1. 有关光学名词和光学器材的常识

(1) 明视距离

观察物体时, 既能看清物体的各部 , 眼睛又不感到过分紧张的 ( 眼到物体 ) 距离。一般正常眼睛的明视距离为 do=25cm 。

(2) 视角

眼睛观察物体时,物体两端对眼瞳孔所张的角。当视角达到 1时 , 就能分清物体的细部。

(3) 仪器放大率

显微镜和部分望远镜最后成的像是虚像, 人眼观看的是虚像 , 这时虚像对人眼的视角放大了。假设用眼睛直接观察物体时的视角是α , 用仪器观察物体时的视角是β, 则 m=β/α称为此类 ( 最终成虚像 ) 仪器的放大率。

对幻灯机、投影仪、照相机等 , 最终的像呈现在屏幕上 , 即成的是实像。此类成实像仪器的放大率通常用像与物的线度之比表示。

(4) 角放大率

光学仪器观察物体时的视角与用肉眼观察物体的视角之比称为光学仪器的角放大率。肉眼看物体时的视角为Ψo= h/do，h 是物体的线尺寸 ,do 是明视距离。

(5) 关于组合透镜

两个焦距分别为 f

l 和f

2

的薄透镜共轴接触组合在一起 , 放在同一种介质中

( 即透镜组的两边是同种介质 , 例如都是空气), 其透镜组的焦距是1/f=1/f

1+1/f

2

.

但焦距虽然可以用公式算出来 , 但不能像薄透镜那样用1/f=1/u+1/v来表示像距、物距与焦距之间的关系。需要处理这方面问题时 , 还是分别讨论各个透镜的作用比较方便 , 用作图法解决问题。

当两个共轴的薄透镜不接触组合时 , 要讨论成像情况，通常也是对各个透镜分别讨论。

2. 部分光学仪器

(1) 放大镜

放大镜是焦距较短 ( 通常在 10cm 左右)的凸透镜 , 是增大角放大率的。通常把放大镜放在靠近眼睛处，被观察物体位于放大镜焦平面附近 , 成的像在明视距离 d 处 , 是放大、正立的虚像 , 像对眼的视角是Ψ1=d/f,所以放大镜的角放大率是k=Ψ1/Ψ2=d/f,放大镜的角放大率就称为放大率。

放大镜的焦距愈小 , 放大率愈大。但是当 f 太小时 , 由于镜面的曲率过大( 曲率半径过小) 眼睛所能观察的范围 ( 视场 ) 就很小 , 观察起来是很不方便的 ; 而且曲率过大的凸透镜 , 其球差现象也显著。所以一般用的 ( 单透镜 ) 放大镜放大率不过几倍。

描隧道显微镜 (STM), 于 1986 年又相继制出可用于绝缘材料检测的原子力显微镜 (AFM) 。两镜均可达到原子级的分辨率 ( 十分之一纳米 ), 并于 1986 年获得诺贝尔奖金。扫描电子隧道显微镜的基础是量子力学揭示的隧道效应。

继后 , 又有人研制出磁力显微镜 (MFM) 与静电力显微镜 (EFM) 等等 , 形成了扫描探针显微镜 (SPM) 族。扫描探针显微技术在此后的发展是由表面几何形体的检测到表面微观物理量的检测 , 从表面检测又发展到对表面进行原子级的加工和修整。

在探针上施加一定的偏压 , 它可以从工件表面“浮获”一个原子 , 然后将其移动到适当的位置 , 再予以释放。因此 , 就可以按照人们的意图 , 进行原子操作 , 或分子组装。有人曾以 STM 针尖移动被吸附在 Ni 原子表面的 Xe 原子 , 组成了“IBM”三个字 , 每个字母的长度仅为 4nm 。我国科学家在隧道显微镜下 , 成功地将 24 个铜原子在铁原子表面围成一圈。

纳米技术就是在隧道显微技术的基础上才得以发展。

(6) 望远镜

望远镜是增大观察远处物体视角的 , 其观察的对象都比较大。通常有折射式望远镜和反射式望远镜。

折射式望远镜的物镜和目镜都是透镜 ,又有两种 : 一种是开普勒式望远镜 ,

目镜和物镜都是凸透镜 ; 另一种是伽利略式望远镜 , 物镜是凸透镜 , 目镜是凹透镜。

最简单的开普勒式望远镜用两片凸透镜构成 ,物镜的焦距 f物较长 ,而目镜焦

距 f目较短 ,镜筒的长度 L=f

物十 f

目

。远处物体的光通过物镜后,成缩小倒立的实

像在接近物镜的焦平面处 ,也即在目镜的焦平面内,再经目镜成放大正立的虚像在明视距离处 , 视角被放大了。开普勒望远镜看的像是倒的 , 这对天文观察没有什么影响,所以简单的折射式天文望远镜的结构都是由两片凸透镜组成的。但对日常观察地面上物体却很不方便,为此常用两种方法校正。方法之一是在两块凸透镜之间再加一块“正像透镜”,正像透镜也是一块凸透镜 , 使物镜的焦点与正像透镜的一个两倍焦距点重合,目镜的焦点与正像透镜的另一个两倍焦距点重合。物镜成的像经正像透镜成等大倒立的像在目镜的焦平面上 ,再被目镜放大 , 物体就成了正立的像。方法之二是在两块透镜之间加两只等腰直角全反射三棱镜,两直角棱镜的斜面互相垂直,物镜成的像经第一块棱镜将左右颠倒一次,再经第二块棱镜把上下颠倒一次 ,再经目镜成的就是正立的像了。

最简单的伽利略式望远镜是由一块凸透镜作物镜 , 一块凹透镜作目镜 , 目镜的位置在物镜和物镜的焦点之间 , 且两镜的焦点要重合。远处的物体经物镜成像在焦平面附近 , 这个像对于目镜来说是虚物 , 且在焦点之内 , 所以凹透镜对其成放大倒立的虚像,视角被放大了。

折射式望远镜的放大率 m=f

物/f

目

。

反射式望远镜的物镜是凹面镜,目镜是凸透镜,基本上都用作天文望远镜。天体的光经凹面镜会聚后,再由平面镜、全反射棱镜或另一凹面镜改变光路投射到目镜,放大成像。

(7) 射电望远镜

观察和研究来自天体的射电波的基本设备 , 包括收集射电波的定向天线、放大射电信号的高灵敏度接收机、信息记录、处理和显示系统等。

小型照相机简介