普通高中课程标准实验教科书

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普通高中课程标准实验教科书

PHYSICS

主编束炳如何润伟

上海科技教育出版社

物理 ^选 ^修 _2-3

沪科教版

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亲爱的同学：

欢迎你选择学习物理 2-3！

在这里，你将了解日常生活中常见的光现象和各种光学仪器，学习 20 世纪最重大的科学技术成就之一———人类对于微观世界的认识与核技术的发展。你将会感受到物理学在科学技术发展中有着何等广泛的应用，对人类生活、社会发展起着何等巨大的作用。

在本书的学习过程中，你将进一步体会到物理学是关于你周围世界发生事物的科学。数码相机、望远镜、显微镜、光导纤维、新型电光源、X 光机等已成为大众产品；彩色照相、立体电影、显微手术、医疗成像、激光制导、安全检查、考古鉴定……核能发电，在你的四周几乎每件事物都与物理学有关。

通过本系列的学习，你从事科学技术工作的愿望即将成为现实。

当你自己制成一件精美的光学产品的时候，你可以发现你自己就是应用物理原理的“专家”，你会进一步感受到物理探索是一项多么令人激动的事业。

衷心希望物理学永远留在你的心中，为了让你在学习物理 2-3 的过程中获得更大的成功，请浏览以下本书栏目介绍。

第2章光学技术与光的波动性

图2-28各种镀膜镜头

干涉现象除了在增透技术中的运用外,在其他领域中也有着广泛的应用。例如,在磨制各种镜面或其他精密光学平面时,可以用干涉法检查平面的平整程度。

如果被测表面是平的，干涉条纹是一组平行的直线；如果干涉条纹发生弯曲，就表明被测表面不平整。这种测量的精度可达10^-9m。

如图2-29所示，把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上,让光从上方射入,这时可以看到亮暗不同的同心圆。这个现象是牛顿首先发现的，所以这些同心圆又被叫做牛顿环。人们利用牛顿环来检验凸、凹透镜磨制的质量情况。

图2-26观察肥皂膜上光的干涉装置

其中λ 为光的波长，d 为两条狭缝间的距离，L 为挡板与屏间的距离。

实践活动2观察肥皂膜上的干涉图像

在酒精灯里的酒精中放入一些氯化钠,待氯化钠溶解后，点燃酒精灯，灯焰就能发出明亮的黄光（图2-26）。

1．用酒精灯的黄光照射肥皂膜,你能观察到明暗相间的条纹吗？这种干涉是怎样形成的呢？如图2－27所示，原来这种干涉现象是由于肥皂膜前后两个面的反射光叠加形成的。请你用光的干涉原理进行分析。

2．再用白光照射肥皂膜，你会观察到绚丽多彩的彩色条纹。

现在你能利用光的干涉原理解释这一现象吗？

干涉现象是一切波的固有特征之一。光的干涉在日常生活、

生产中有很多的应用，增透技术就是其中之一。

增透膜

照相机镜头、眼镜、显微镜、望远镜等光学元件的表面通常都镀有一层光学薄膜，它的作用是削弱光学元件表面的反射光，增加这些元件的透光性能，人们常把这层膜称为增透膜,与之相关的技术叫增透技术。

为什么增透膜能有效削弱反射光呢？

光学增透膜就是利用薄膜干涉原理制成的。当增透膜的厚度为入射光在膜中传播时波长的1/4 时, 膜的前后两列反射波叠加的结果使振动减弱，即光学元件表面的反射减少,甚至消失，从而使透射光增强。

为了在较宽的波谱内达到更好的增透效果，往往采用双层、

三层或更多层的增透膜。

光的干涉在工艺检测、天文观察、全息摄影、军事、工业等领域有着广泛的应用。

STS

干涉现象在技术中的应用

肥皂液膜明

暗

明

图2-２７肥皂上的干涉图样原理示意图

1.想想看，日常生活中还有哪些现象是光的干涉现象。很难观察到光的干涉现象。

2.用白光做双缝干涉实验中,如图2-28c所示, 多数亮条纹都是彩色的,为什么屏上中央亮

纹总是白色的?

3.根据本节知识解释为什么照相机镜头通常呈淡紫色。

家庭作业与活动

课外活动

取两块平板玻璃，用手指把它们紧紧捏在一起，你能从玻璃上观察到什么现象？思考产生这一现象的原因。

图2-30 用干涉仪观察烛焰附近的空气对流图2-29用牛顿环栓验透镜质量示意图

41 40

实践活动2练习使用激光器

1．分别打开激光笔和电筒的电源开关，观察激光与手电筒的光柱在传播方向上有什么不同。

2．观察激光与普通光在亮度上有什么不同。

3．接通 He-Ne 激光器的电源，旋转调节旋钮，观察射出的激光亮度有什么变化？

4. 观察白光和激光经三棱镜折射后的现象，激光与白光的折射情况一样吗？

5. 根据以上实验观察，对照激光器的技术参数表，你能总结出激光跟普通光比较有哪些特点吗？

通常情况下激光器出口输出的激光较一般自然光强度大，因此在实验中应注意不要让激光直接射到人身上, 尤其是不要让激光直射眼睛。

图3-4 手电筒的光射向三棱镜图3-5激光射向三棱镜

实践活动

这里将让你像科学家和工程师那样，进行科学和技术的探索，通过实践体验科学与技术的密切关系。

第3章

激光与激光器

在大型歌舞晚会上，绚丽的彩色光柱产生的强大视觉冲击力常常给人留下深刻的印象。这正是激光所展现的无穷魅力。

激光的发明是20 世纪物理学的重大进展之一，是可与原子能、半导体及计算机相齐名的科技成就。如今，激光技术已经广泛应用于工业、农业、医学、军事、信息、航空航天等各个领域，对科学发展、技术革命、家庭生活有着巨大影响。

那么，什么是激光？激光有些什么特性？

激光器的基本构造是怎样的呢？它又是如何工作的呢？

激光有哪些重要的应用？

本章首先练习使用激光器，认识激光的特性，进而学习激光器的基本构造和工作原理；接着展示激光在现代科学技术、生产和生活中的广泛应用；最后介绍一些新型的电光源，了解它们的结构和发光原理。

图3-1奇异的激光

这是一章一节的开端，将你带入所要研究的问题情景，了解所要探索的主要内容。

1．1 照相机与透镜成像规律

你会摄影吗？你知道照相机是怎样工作的吗？

照相机的工作原理

如图1-2所示，照相机工作时，被摄景物通过镜头成像在感光胶片上，使胶片曝光发生化学反应；胶片再经过显影、定影生成底片；底片经冲扩就得到了相片。

照相机的基本结构

照相机种类繁多、式样各异，但基本结构都包括镜头、快门、光圈、取景器、调焦装置、机身等基本部件（图1-3）。

图1-2 照相机工作原理示意图快门镜头

光圈机体

胶片

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半导体激光器是以半导体材料作为工作物质的，也叫作半导体激光二极管(符号为 LD)，它的构造如图3-12 所示。它是利用电激发工作物质 (芯片)发光，其原理如图 3-13 所示，在 N 区的顶层集聚着电子，在P 区的底层集聚着空穴。在正向电压下，电子就会被迫越过PN 结由 N 区“跳”到 P 区与空穴复合而产生光子。如果正向注入的电流超过一定的阈值，就可能形成激光振荡。光学共振腔是由垂直的两个平行晶面（相当于镜面)构成。腔内

激光经光放大后，由光电感应控制电路调节激光输出。目前较成熟的是砷化镓(GaAs)激光器，发射波长为840nm 的激光。另有掺铝的砷化镓、硫化铬、

硫化锌等激光器。这种激光器体积小、质量轻、寿命长、结构简单而坚固，特别适宜于飞机、车辆、宇宙飞船上使用。半导体激光器在通信、信息存储、信息处理与显示、激光测距、激光制导等方面有着重要的价值。

STS 半导体激光器

图3-12 半导体激光器的构造图3-13LD 发光原理图

图3-14 小巧的半导体激光器

图3-15半导体激光器发光激光

电流

镜面激光 P

N

多学一点

这里将使你的知识面得到扩大，让你的探索欲望得到满足。

这里将向你提供丰富多彩的项目，检验你探究、实践的成效，让你再次体验成功的喜悦。

课题研究

上网或去图书馆查阅有关资料，调查我国医疗成像技术近年来的发展情况访问当地医院，参观医疗成像的设备，了解它们的基本结构和原理。写出调查报告，并与同学交流。

第1章光学仪器与光的折射规律

1．5

设计制作：简易望远镜

浩瀚的星空总是给人们带来无限的遐想。当你仰望夜空，能看到成千上万的“小亮点”，那是成千上万的恒星、行星和星云。尽管它们非常巨大，但由于离我们非常遥远，因而我们只有借助望远镜才能更好地观察它们的真面目。

在本节中，你将动手制作一架简易望远镜，用它来观察月亮和星空，使自己能看得更远，看得更清楚。

实践活动

制作一台简易望远镜，并用它来观察物体。

活动指导

1．拟订方案

确定要制作的望远镜是开普勒望远镜还是伽利略望远镜，放大倍数多大？

画出望远镜的结构草图（图1-39）。

2．选择器材

（1）选择物镜物镜是个凸透镜，一般说来，物镜的焦距越大，望远镜可能的放大倍数越大。但是，要考虑镜筒的长度以及制作难度。

例如：选100度的老花镜片（焦距f = 1 m）作物镜，从图1-39 中可以看出，镜筒的长度跟焦距f1和f2有关。

（2）选择目镜首先要考虑开普勒望远镜的目镜是哪种透镜，伽利略望远镜的目镜是哪种透镜，目镜焦距的大小，对望远镜的放大倍数有什么影响？

望远镜的放大倍数： m = － ff2¹

3．设计镜筒结构

（1）根据物镜和目镜的焦距及它们的口径，计算镜筒的长度及内径、外径。

实际上，镜筒要分为两节（图1-39），以便于调节。为了保证物镜和目镜能够同轴，两节镜筒的对接部分不能太短，内外管之间的衔接也不能太松。如果太松，可在外管内壁或内管外壁粘贴厚绒布或泡沫材料作衬垫。

（2）研究物镜和目镜的安装方法。

4．制作安装

（1）制作镜筒；建议选取PVC塑料管材，或用厚纸卷制成硬纸筒。

（2）安装镜头。

（3）使用调试。

（4）为了使用方便，可以考虑给望远镜安装一个三脚架（图 1-40）。

（5）用望远镜观察月亮或星空，并坚持做观察记录。

（6）将自己的观察结果和心得告诉老师和同学，并与他们讨论交流。

5．成果展示

当你完成设计制作后，要及时向同学、老师和家长报告和演示你和小组的研制成果，这将使你体验成功的喜悦。你的报告应包括设计目的、设计原理、制作过程、效果演示、存在问题与改进措施等。

报告前要做好充分准备，建议你使用microsoft powerpoint软件制作一个介绍小组研制成果的演示软件，使你的演示和报告更加生动，你一定会得到老师和同学的赞扬。

6．评价

认真填写“活动评价表”，及时做好活动的总结评价工作。应以自我评价为主，要客观地评价自己在设计制作活动中的表现，

认识自己的进步和不足。对同学的评价也要公正、客观，要看到他人的长处和进步。

a 开普勒望远镜ｆ１

ｆ２

ｆ１

ｆ２

图1-40天文望远镜

图1-39望远镜的结构

b 伽利略望远镜

29 28

设计制作

学物理要“做中学”、“学中做”。这样你会心更灵，手更巧，

让你展示自己的创新精神和实践能力，享受成功的喜悦。

图3-25 光导纤维

图3-26 激光切割

图3 -24 用激光改变染色体图3-21 具有激光测距

制导的坦克图3-20 发光的手术刀

印刷在商品包装上的条形码图案，被称做商品的“身份证”。它已经成为世界性的通用码。条形码是由一组粗细不同、黑白（或彩色）相间的条纹和空白组成的。日用商品上的条形码有13 位，前 3 位表示国家名称，第4~7 位代表生产厂家，第 8~12

位表示产品代号，用来反映产品的颜色、形状、性能等；而最后一位是识别码，用来对“读入”的信息进行校对，判断其是否有效。采用条形码大大提高了工作效率，给消费者和生产、管理部门带来极大的便利。

信息浏览

战的优势。

激光舞台

激光具有极好的单色性、相干性、高亮度，在文艺晚会中，常用激光束制作场景或背景。利用人们利用各种颜色的激光束在空中产生干涉现象，可在舞台上制造出无数的变幻莫测的的图案，还能创设出极真实的场景效果，再伴以激光唱片上放出来的优美主旋律和音响，为舞台表演增添了无限的魅力和强烈的艺术感染力。

激光在工业、农业、科学研究、能源等许多方面都有广泛的应用，而且新的应用还不断涌现出来，所以人们称激光为创造奇迹的光。

多学一点激光与全息技术

全息照相（Holography）是英国科学家盖伯（D. Gabor）于1948 年提出的一种新的成像理论，是利用光的干涉原理来记录物体真实的三维图像。

物体发射出的每列光波都具有一定的振幅和相位，普通照相的感光底片是二维的，只能记录像的光强分布，即光波的振幅情况，而与物体三维结构相关的光波的相位信息则全部丢失。

如何用激光获得物体的三维图像呢？

血少；它还有止血和封闭小血管、淋巴管的作用，可以防止开刀引起的肿瘤细胞的扩散。另外激光刀并未与人体组织直接接触，减少了细菌感染等。

由于激光束能聚焦到比针尖还小的范围内，因此可用来施行极精密的手术，如眼科手术。早在1962年，激光就被用来对剥离的视网膜进行“焊接”，此外，激光还可成功治疗青光眼、白内障等各种眼疾，近年来流行的准分子激光切削术（PRK），在矫正近视、

散光方面取得很好的效果。

光导纤维发明以后，人们把激光技术与内窥镜技术结合起来，极大地扩展了激光在外科手术和其他治疗上的作用，如把细小的光纤内窥镜插入血管内，通过激光蒸发动脉粥样硬化斑块、

焊接血管等。

总之，作为积极治疗癌症、心血管病、结石等的一种医疗手段，人们对激光医学寄予了极大的期望。

请到当地医院调查了解激光技术在医疗中的应用情况。

激光制导

激光制导就是以激光为信息载体，把导弹、炮弹或炸弹引向目标而实施精确打击的先进技术。

在大多数情况下，激光被用于航空武器的自动瞄准系统和直升飞机的“智能导弹”中。飞行员首先将激光从飞机射到目标上，

再通过反射回来的光线对目标的距离和位置进行计算。计算出的坐标位置将被输送到导弹或炸弹上，导弹就会自动调节飞行方向击中目标。

激光制导武器快速精准，敌方很难对制导系统实施有效干扰，因而使它具有其他制导方式无法匹敌的优势。当激光制导武器攻击固定或活动目标时，就像长了眼睛一样，命中率极高。激光制导武器甚至还可以从通气孔进入，炸毁地下目标，令对方防不

图3-22 一种与飞行员头盔相连的激光瞄准系统，飞行员只要稍微晃动一下脑袋就可以瞄准并锁定目标。

图3-23 飞机自动激光瞄准系统

1.讨论能源对社会可持续发展产生的影响。面对能源紧缺，你是什么态度？

2.收集资料，就世界和我国核电发展的现状和前景，写出调查报告。

3.我国于1971年参加了国际 “人与生物圈计划”。请从互联网上查阅有关资料，调查我国对这一计划所作的贡献。

4.中国将大力发展核电，这对社会、经济的可持

续发展有什么样的影响？

5.为什么说可控核聚变是人类的梦想？科学家预言，人类将在21世纪30年代完成可控聚变反应的研究，建成热核聚变发电站，并投入商业运营。到那时，世界的能源结构将会发生什么样的根本变化？能源危机是否可以得到最终解决？

照明伴随着人类的生活从远古走来。现代人是幸运的，绚丽多彩的电光源为人们打破了昼与夜的界限，推动了人类文明的发展。

但是，目前用于照明和城市美化的大部分灯具,只有5％左右的电能转化成了光能。人们早在几十年前就知道这一点，但却苦于没有什么东西能替换它们。40多年前科学家就发现了半导体晶体在电流作用下的发光现象，经过近半个世纪的不懈探索，半导体材料不断改进，在电流作用下发光的亮度越来越大，已经突破了过去只能发出微弱光线的技术瓶颈，发光强度出现了重大突变，因此，半导体技术引发微电子革命之后，又在孕育一场新的产业革命———照明革命。之所以说它是一场革命，是这种采用半导体晶体 “二极管 ”发光的灯具，同样亮度下，耗电仅为普通白炽灯的1/10, 而寿命却可以延长100倍。现在我国1年照明耗电量为2000亿千瓦时，光源替代后，每年可节约近800亿千瓦时，相当于两个三峡水电站的发电

量。而一个灯正常情况下可以使用50年，即使长命百岁的人，一生最多也就用2只灯泡。

面对半导体照明市场的巨大诱惑，世界三大照明工业巨头通用电气、飞利浦、奥斯拉姆集团纷纷与半导体公司合作，成立半导体照明企业，并提出要在2010年前，使半导体灯发光率再提高8倍，价格降低100倍。

一场抢占半导体照明新光源产业制高点的争夺战已经在全球打响。

我国半导体照明工程也已启动，可以预料，这一产业将在国家政策的鼓励和扶持下飞速的发展。

信息浏览新型电光源

图3-44历史上的各种照明灯具

信息浏览、STS

这些栏目将向你展示历史上的科技发明故事，揭示科学技术的进步与社会发展的关系，反映最新的科技成果，展望科学技术的未来，进一步激发你勇于攀登科学技术高峰的热情。

课题研究

这里将使你学会如何进行调查研究，收集资料，提出问题，找到解决问题的方法和对策。

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1．１照相机与透镜成像规律 7

1．2 展示精彩瞬间 12

1．3 测定玻璃的折射率 16

1．4 眼睛的延伸—— —显微镜和望远镜 22 1．5 设计制作：简易望远镜 28

2．1 立体电影与光的偏振 33

2．2 增透技术与光的干涉 37

2．3 光栅与光的衍射 42

3．１神奇的激光 46

3．2 激光与激光技术 53

3．3 新型电光源 58

1 第章光学仪器与光的折射规律 6

第 2 章光学技术与光的波动性 32

3 第章激光与激光器 46

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4．１人类探索原子结构的历程 65 4．2 X 射线与CT诊断技术 70 4．3 碳-14测定技术与衰变 77 4．4 放射性同位素的应用及防护 82

5．１核反应堆与核裂变 89

5．2 核电站是怎样工作的 95

5．3 核武器核聚变 100

5．4 核能与社会 108

第 5 章核能与社会 88

总结与评价科技成果展示报告会 116

第 4 章射线技术与原子结构 64

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(6)

第１ ^章

光学仪器与光的折射规律

自然界是那样的绚丽多彩、瞬息万变！小至微小的原子世界，

大到浩瀚的宇宙，每时每刻都在发生着精彩绝伦的变化，蕴藏着诱人的无穷奥秘。单凭人的眼睛是无法观察、记录这转瞬即逝的美景的。人们经过长期的探索和研究，发明了照相机、显微镜、望远镜……从而极大地扩展和延伸了眼睛的视野。凭借这些光学仪器，不仅能留驻人间的万种风情和无数珍贵的回忆，而且使人类对自然界的探索不断深入。

你使用过照相机、显微镜和望远镜吗？

你知道照相机是怎么留住精彩瞬间的吗？

显微镜和望远镜是根据什么光学原理制成的？

你会制作简易的望远镜吗？

……

本章将以照相机、显微镜和望远镜为背景，探究光的折射和透镜成像规律，并应用这些规律分析研究照相机、显微镜和望远镜等光学仪器的原理和结构，还将通过摄影、制作简易望远镜等有趣的活动，充分展示你的才能。

图1-1 留驻精彩瞬间

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(7)

1．1

照相机与透镜成像规律

你会摄影吗？你知道照相机是怎样工作的吗？

照相机的工作原理

如图 1-2 所示，照相机工作时，被摄景物通过镜头成像在感光胶片上，使胶片曝光发生化学反应；胶片再经过显影、定影生成底片；底片经冲扩就得到了相片。

照相机的基本结构

照相机种类繁多、式样各异，但基本结构都包括镜头、快门、光圈、取景器、调焦装置、机身等基本部件（图1-3）。

图1-2

图1-3 普通照相机的基本结构照相机工作原理示意图

快门镜头

光圈机体

胶片

快门按钮

机壳

透镜

镜头平面镜

快门幕帘胶卷轴转轴柄取景框

光路

光圈

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1．镜头：镜头位于照相机的前端。为了提高成像的质量,实际的镜头是由多片透镜组成的，它的作用相当于一个凸透镜，使景物在感光胶片上形成影像。

2．取景器：用以观察景物，确定主体景物及拍摄范围的装置。

3．快门：用以控制曝光时间的装置。

4．光圈：在镜头中间，由多层可活动金属片组成，通过改变孔径的大小，控制进入相机的光通量。

5．调焦装置：用以调节镜头的位置，使拍摄远近不同的景物时，能在胶片上形成清晰的图像。

实际的照相机还有许多附加设备，请你仔细观察照相机，对照说明书，了解照相机的基本结构。

用照相机摄影时，要使被摄景物在底片上形成一幅清晰的图像。怎样才能达到这个要求呢？这就要进一步研究凸透镜的成像规律。

探究透镜成像的规律

实践活动

1

实验探究凸透镜的成像规律

在初中，我们对凸透镜的成像规律，已经用实验进行过初步的研究。请用图1－5 所示的仪器，自行设计实验方案，拟定实验步骤，进行实验，并将实验数据填入你设计的表格中。

图1-4 单反式照相机取景器光路示意图取景器

胶片

来自被摄体的光线曝光时反光板处于上翻位置

取景时反光板处于放下位置快门幕帘 8

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光心是透镜中主光轴上的特殊点，射入透镜经过光心的光线方向不变。

f f

2

f

2

f

你能从实验数据中，得出凸透镜成像的规律吗？能否用更简便的方法来描述凸透镜的成像规律呢？

实践活动

2

透镜成像作图法

请先了解图1－6 中标出的符号、名词的意义。

我们知道，物体经凸透镜所成的实像，是由来自物体的光线经过透镜折射后会聚而成的。那么，能否用作图的方法，探究凸透镜成像的规律呢？

图1－7 就是物体经凸透镜成实像的光路图。由

Ａ

点发出的一束光线经过凸透镜后会聚在

Ａ

′点，

Ａ

′就是

Ａ

点的实像。

图1-5 探究凸透镜成像规律

图1-7 透镜成像作图法

图1-6 凸透镜、物距、像距、焦距示意图光心物距

像距

ＦＯＦ

焦距

主光轴

透镜

2 f

O F

F A

A′

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请你根据图1-7 所示的光路图，研究下列问题：

1

. 在光路图中标出物距 u、像距 v。

２.

图中由Ａ点发出的光束中，以实线标出的三条光线经凸透镜折射后各有什么特点？

3.

如果选这三条光线中的任意两条光线，是否也能找出Ａ′

的位置？

4.

你能总结出“透镜成像作图法”吗？

5.

请你利用透镜成像作图法，分别画出图

1-8

中物体Ａ在各个不同位置成像的光路图，并测出

f

、

u

、

v

等数据。

用作图法虽然可以方便地研究物体的成像情况，但在实际中常常需要进行精确的计算，能否用数学公式来表述透镜成像规律呢？

透镜成像公式

理论与实验研究都表明，透镜成像时，物距 u、像距 v、焦距 f 间的关系可以用下列公式表示：

1 u + 1

v = 1 f

对凸透镜来说，式中的u 和 f 均为正值，成实像时 v 为正值，

成虚像时v 为负值。

透镜成像时，像长和物长的比等于像距v 跟物距 u 之比，称为透镜的放大率，用m 表示。

透镜成像公式对凹透镜同样适用，凹透镜的u是正值，f和v总是负值。

有兴趣的同学可以根据光路图，用几何法推出透镜成像公式。

图1-8 用作图法研究凸透镜成像规律

ＦＦ

Ｏ

ＦＦ

Ｏ

ＦＦ

Ｏ

ＦＦ

Ｏ

２ｆ２ｆ

２ｆ２ｆ A

A

A A

10

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(11)

1. 某照相机的镜头焦距是28 mm,一位同学身高是1.6 m,他站在镜头前4 m处，你能求出该同学在相机胶片上像的高度吗？

2. 用你所学的凸透镜成像的知识与方法，探究

凹透镜的成像规律。

3. 准备一架照相机，对照说明书，观察它的结构和使用方法，供下节课用。

m = v u

请将实验和作图所得的有关数据代入透镜成像公式，通过计算，你有什么发现？

算一算：某照相机镜头的焦距为

50 mm

，景物距它

10 m

，则像距和放大率为多大？

实践活动

3

测凸透镜的焦距

透镜的焦距是表征透镜特性的重要技术参数。请你至少设计两种方案，测出一个凸透镜的焦距。把你的方案和测量结果与同学交流，并对各种方案进行评价。

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(12)

图1-10

展示精彩瞬间

我们已经知道了照相机的工作原理，要用照相机拍摄一张好的照片，就要进一步了解照相机的主要技术参数和使用方法。

请同学们展示自己带来的照相机，相互交流，看看它们分别属于哪种类型？了解相机的主要技术参数和它的意义。

照相机的主要技术参数及其意义

照相机的镜头上常标出一些符号和数字，这些符号和数字表示照相机的技术参数,其中主要有镜头的焦距、光圈、快门速度、景深等。

1．焦距焦距是指当镜头对准无限远时，从照相机镜头中心到感光胶片的距离。焦距用 f 表示，如f = 28 m m， f = 50 m m， f = 75 m m 等。对于带变焦镜头的相机来说，拍摄远的物体时，应使用长焦距；拍摄近处物体时，则应选用短焦距。

2．光圈光圈主要起两方面的作用：

（１）控制进入镜头的光通量，以获得合适曝光。

单（镜头）反（光式）135相机: 取景和对焦都通过一个镜头，高档相机都是这种类型。

带变焦的全自动相机（俗称“傻瓜相机”）: 是一种便携式自动相机，体积小巧，价格便宜，操作简单。

图1-9 几种常用照相机

1．2

数码相机：用图像传感器（CCD）代替胶卷，并对图像进行数字化处理后，储存在相机的记忆卡中。

12

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(13)

b 风光远景 a 花卉特写

图1-13 不同景深时的拍摄效果

光圈的大小用光圈系数表示，如

f

/4，…，

f

/16 等。

（２）控制影像的景深范围

景深是指照相机能在底片上形成清晰的影像时，被摄主体

（如人）的前后距离范围，如图 1-12 所示。在实际拍摄时，景深的大小跟镜头的焦距 f、光圈大小和对焦距离都有关系。用光圈大小来控制景深是最常用的方法，如拍照时要突出主体，就应选用较大的光圈，这时景深较小,能拍摄出特写照片（图 1-13 a），如要拍摄风光照片，希望远景、近景都较清晰，就要选用较小的光圈,使景深加大（图1-13 b)。

ｆ / ２．８ｆ / ４ｆ / ５．６ｆ / ８ｆ / １１ｆ / １６

图1-11 光圈与光圈系数

图1-12 景深示意图不清晰

景深

不清晰

3．快门速度快门开启的时间称为快门速度，快门速度的标记值一般如图 1-14 所示，图中 1 表示 1 s，2 表示 1

2 s，500 表示 1

500s，B 门是实现曝光时间较长的装置。快门速度与光圈配合，使感光胶片获得正确曝光，曝光不足或过量都会降低影像的质量。

B 1 2 4 6 8 15 30 60 125 250 500 1000 2000 4000 8000

慢

快

图1-14 快门速度的标记数值

前后

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(14)

观察你和同学的照相机,看看它们的焦距、光圈、快门速度等的变化范围各是多少？

怎样使用照相机

实践活动使用照相机摄影

请同学们带着照相机到校园中取景, 拍摄远近不同的风景和人物照片，并与同学们交流怎样正确使用照相机，才能获得满意的照片。

如果使用的是数码相机，请你将拍摄的照片下载到电脑上并展示出来，供大家欣赏。

数码相机的发明是摄影史上的一次革命，实现了从胶卷到数码的飞跃。数码相机是集光学、机械、

电子于一体的现代高新技术产品，集成了影像信息的获取、转换、存储等多种功能，具有数字化存储模式与电脑交互处理和实时拍摄等特点。数码相机与普通相机不同的是，数码相机成像在图像传感器（如

ＣＣＤ电荷耦合图像传感元件）上，如图1-15所示。 CCD是一种对光敏感的半导体器件，由几百万个被称为像素（图像元素的简称）的小点组成。 300万像素的相机装有一块由300万像素组成的CCD。

数码相机将ＣＣＤ上获取的图像转变成数字化信息，保存在记忆卡上。一个128MB的记忆卡，可保

STS

数码相机

1. 在使用照相机前，应该仔细阅读说明书，熟悉照相机的结构特点、使用方法和操作注意事项，

并严格按照说明书的要求操作。

2. 胶卷感光度表示胶卷对光的敏感程度。按照国际标准组织（ISO）的标准设定。常用的有 ISO100、200、400等，数值越大，敏感度越大。高感光胶卷适合在光线弱的环境或拍摄快速运动景像时使用。

3. 照相机的镜头不能用手触摸。如果镜头上粘了灰尘，要用专用的镜头纸轻轻擦拭，不能用普通纸或布擦。

4. 用全自动相机拍摄时，要将快门按钮先按下一半，待照相机自动调焦后，再全按下。

5. 长时间不用照相机时应将电池取出，并将照相机放在阴凉干燥的地方，防止发霉。

6. 拍摄完毕后，应尽早取出胶卷进行冲洗。

信息浏览

怎样使用照相机 14

沪科教版

(15)

1. 到摄影器材店，了解各种照相机的品牌、性能、价格及特点。

2. 传统相机跟具有电子器件相机、数码相机比较有哪些相同点和不同点？

镜头元件镜头元件

镜头

光圈快门胶卷

镜头

镜头元件光圈镜头元件快门 CCD 胶卷相机

数码相机

图1-15 数码相机用图像传感器获取图像存数百张照片。记忆卡还可以像电脑的移动硬盘一

样反复使用。如果一幅照片没有拍好，可以马上删除重拍。

数码相机除具有自动测光、自动对焦功能之外，

还具有自动（或手动）白平衡功能，能对图像的色彩进行校正，使图像的色彩与原景物的色彩完全一样。

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(16)

1．3

测定玻璃的折射率

我们已经研究了照相机和透镜的成像规律，并且知道，这与光的折射有关。自然界中许多现象都与光的折射有关，如雨后的彩虹为什么如此绚丽多彩？金刚石为什么会光彩夺目？

本节将通过实验，探究光的折射规律，测定玻璃的折射率，进而研究光的全反射现象。

探究光的折射定律

在初中我们已经知道光折射时，折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧。但是折射角跟入射角之间究竟有什么定量关系呢？人们对这个问题的探索经历了一千多年的时间，直到 1621 年，荷兰数学家斯涅尔（Ｗ.

Snell）才找到了折射角与入射角之间的规律。现在我们就来通过实验研究这一规律。

图1-16 雨后的彩虹图1-17 光彩夺目的金刚石

沪科教版

(17)

实践活动

1

探究光折射的规律

图

1-18

所示是激光束通过玻璃砖时发生折射的现象。请同学们自行装配器材进行实验，仔细观察实验现象，仿照用激光研究光的反射定律的方法，根据激光的光路，在实验纸上画出实验的光路图，并画出法线，找出入射角、折射角，分析讨论如下问题：

1.

在图

1-18

实验中，光发生了几次折射？你是怎样确定法线的位置的？如何确定入射角、折射角？

2.

分别画出光从空气射入玻璃和光从玻璃射入空气时发生折射的光路图，并分别测量入射角、折射角的大小，记入表格。

3.

改变激光束的入射角，再画出光路图，测出入射角和折射角的大小，填入表格中。

4.

分析你的测量结果，得出结论。将你的结论与同学们交流讨论。

5.

在折射现象中，光路是可逆的吗？你能用实验证明吗？请做一做。

表一：光从空气射入玻璃时

表二：光从玻璃射入空气时入射角

折射角

入射角折射角

图1-18 探究光折射的规律图1-19 光从空气射入玻璃 θ１

θ２

Ｎ

Ｏ

空气

玻璃 M

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(18)

从上述实验中我们看到，折射角随入射角的变化而变化。精确的实验表明：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。如果用n 来表示这个比例常数，就有：

n = sin θ¹ sin θ2

这就是光的折射定律，也叫做斯涅尔定律。

折射率测定玻璃的折射率

■

折射率

光发生折射时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一个常数n，但是对不同的介质来说，这个常数 n 是不同的。我们把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦跟折射角θ2

的正弦之比n 叫作这种介质的折射率（refraction index）。

研究上表中列出的几种介质，哪种介质的折射率最大？将空气的折射率与真空的折射率相比较，你发现了什么？为什么在通常情况下可以认为，光从空气射入某种介质时入射角的正弦跟折射角的正弦之比，就是那种介质的折射率？

玻璃是常见的介质，照相机和光学仪器的镜头大多是用光学玻璃材料磨制成的。下面就来测定玻璃的折射率。

实践活动

2

测定玻璃的折射率

你可以利用“实践活动

1

”中得到的数据，求出玻璃的折射率。

你还可以自行设计实验来测定玻璃的折射率。

请将你的实验方法、测量数据和实验结果与同学交流，并对这次活动进行评价。

酒精 1.36 水 1.33

空气 1.00028

真空 1.00 几种常见介质的折射率

金刚石 2.42 二氧化碳 1.63

玻璃 1.5 ~ 1.9

水晶 1.55

18

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(19)

■

光密介质与光疏介质

折射率是一个反映介质的光学性质的物理量。不同介质的折射率不同，就两种介质相比较而言，把折射率小的介质称为光疏介质（optically thinner medium），折射率大的介质称为光密介质

（optically denser medium）。光疏介质和光密介质是相对的，例如水对于空气来说是光密介质，对于玻璃来说则是光疏介质。

研究表明，光在不同介质中的速度不同，介质的折射率 n 越大，光在这种介质中的速度越小。反之，介质的折射率n 越小，光在这种介质中的速度越大。这也正是光发生折射的原因。某种介质的折射率，又等于光在真空中的速度 c 跟光在这种介质中的速度v 之比。

n = c v

全反射

■

全反射临界角

当光由光密介质（例如玻璃）射入光疏介质（例如空气）时，折射角大于入射角。如果我们增大入射角，折射角就会增大到 90°，

如果入射角再增大，会出现什么现象呢？

让我们做个实验，研究这个有趣的现象。

实践活动

3

研究光的全反射现象

如图1-20a 所示，让激光束从斜下方从水中射入空气，再逐渐增大入射角，观察实验现象并讨论：

图1-20 探究光的全反射现象

激光笔

玻璃三棱镜 a

b

c

a b c

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(20)

1.

当光从水中射入空气时，哪一条是入射光线？哪一条是折射光线？哪一条是反射光线？哪一个角是入射角？哪一个角是折射角？

2．

逐渐增大入射角，观察折射角的变化及折射光线和反射光线的强弱如何变化。

3.

继续增大入射角，观察当折射角等于90^°时，光发生全反射的光路。

4.

利用图

1-20 c

所示的实验装置，设计一个实验，用作图

法，测量玻璃的临界角。

由实验可以看出，入射角增大到某一角度，使折射角达到90°

时，如果入射角再增大，折射光线就消失了，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射（total reflection）。将要发生全反射时的入射角叫做临界角（critical angle）。

案例分析

■

案例

计算水和玻璃对空气（或真空）的临界角C。

■

分析

由于临界角C 是折射角等于 90°时的入射角,根据折射定律及光路的可逆性可得

n = sin 90°

sin C = 1 sin C sin C = 1

n

查介质的折射率表,代入上式,就可以分别求出水和玻璃对空气的临界角了。

■

全反射棱镜

在许多光学仪器中, 使用横截面是等腰直角三角形的全反射棱镜，用以改变光的传播方向（图1-21）。图 1-22 是使用全反射棱镜的双筒望远镜的光路示意图。望远镜为了获得较大的放大倍数，镜筒需很长。使用了全反射棱镜，就可以把光路“折叠”起来，

缩短镜筒的长度。

图1-21 激光束在全反射棱镜中发生全反射的情况

图1-22 全反射棱镜在望远镜中的光路示意图

20

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(21)

光导纤维利用光的全反射原理制成，这是物理学原理与技术应用相结合的成功事例之一。今后我们会学到它的广泛应用。由光导纤维组成的通信光缆，承载着川流不息的信息流，连接着数百万台电脑，形成了一个世界性的网络———因特网。无论是电话、电视节目，还是因特网页，都可以在光缆里同

时通行无阻。医学上的内窥镜用光导纤维将光投射到人体内部，医生可以直接观察人体内部组织的健康状况，还可以用微型摄像机将体内的影像投射到监视器上，医生就可根据影像进行更细致的检查。

信息浏览光导纤维

在单反135 照相机的取景器中，安装有一个五棱镜，在取景时，被摄景物经镜头所成的像经过五棱镜的两次反射，投射到取景器窗口（图1-4）。

1. 请你观察自行车的尾灯，它是什么颜色的？

为什么用这种颜色？它自身能发光吗？为什么有时它看上去闪闪发光？

2. 学过了光的折射和全反射的知识，你能解释金刚石为什么会光彩夺目吗？

图1-23 光导纤维组成的通信光缆图1-24 用胃镜检查患者胃部

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(22)

1．4

眼睛的延伸—— —显微镜和望远镜

我们的眼睛是一个精密度很高的光学仪器，但是面对缤纷多彩的自然界，人眼的观察能力仍然有限，如很小的物体和很远的物体都看不清。为弥补人眼视觉的这种局限性，人们研制了显微镜和望远镜。本节就来研究显微镜和望远镜的工作原理。

显微镜

要观察细小物体，最简单的办法是用放大镜（图 1-26 ）。放大镜一般可放大 2.5～20 倍，只能用于简单的观察。

为获得更大的放大率，人们用两组透镜组合成光学系统，这种由透镜组合的放大镜叫做显微镜。

显微镜的光学系统如图 1-25 所示。两组透镜安装在一个镜筒里；对着物体的一组叫物镜；对着眼睛的一组叫目镜。每组透镜都相当于一个凸透镜。物镜的焦距很短，目镜的焦距相对较长。

实践活动

1

使用显微镜观察

1．

阅读显微镜说明书，观察显微镜的外部结构。

2．

用显微镜观察生物切片。

3．

你怎样知道显微镜的放大倍数？

4．

换用不同的物镜和目镜进行观察，体验各种不同放大率的观察效果。

放大镜的放大率 m = v

u = 25

f ^{；通常情况下取像距} v = 25 cm（明视距离），物距 u = f （物体放在焦点的附近）。如果一个透镜的焦距是 10 cm，那么该透镜的放大率为2.5倍，通常写成2.5 ×。

图1-27 放大200倍的海藻细胞

图1-26 几种常见的放大镜图1-25 显微镜的结构

目镜

眼睛

转台

聚焦旋钮

样品台

反射镜物镜

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图1-29 电子显微镜结构示意图高电压

电子枪

电子束

电磁镜

计算机

荧光屏观察物

电磁镜扫描线圈

实践活动

2

研究显微镜的工作原理

图

1-28 a

是显微镜工作原理的光路图，请你对

照实物，仔细研究图

a

，并与同学讨论如下问题：

1.

图中的 L₁、L₂，哪一个是物镜，哪一个是目镜？

2.

研究物体 AB 的光线通过物镜 L1的光路。 AB 经 L₁的像A′B′是放大的，还是缩小的？是虚像，

还是实像？

3.

研究像A′B′的光线通过目镜 L2的光路。

A′B′所成的像 A″B″是放大的还是缩小的？是虚像还是实像？

4.

比较A″B″的视角与用眼睛直接看物体 AB 时的视角（图

1－28 b

）的大小，你能说明用显微镜能看清楚微小物体的原因吗？

一般人眼只能分辨相距0.1m m 左右的两个点，

而通过高倍光学显微镜，使我们能看清楚 0.1

滋

m 左右物质的细微结构，

这就大大提高了人眼的观察能力。但要观察物质更加细微的构造，如分子、原子等，光学显微镜仍无能为力。于是，人们又研究发明了电子显微镜（图1－29）。

电子显微镜是用电子束代替光束来放大样品图像的。它的放大倍数可达 10⁶以上，分辨率最高可达 0.2 n m （纳米）。可分辨原子之间的距离，不但可观察原子在晶体中的排列，而且可以看到单个原子在载膜上的迁移。

L2

L1

F1

A B B′ _Ａ′

Ａ″

A B f2

f1

Δ

图1-28 显微镜的工作原理光路图

B″ a b

F2

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(24)

望远镜

望远镜广泛应用于天文、地理、军事及生活等各领域。利用望远镜观察时，远处的物体似乎被移近了，原来看不清楚的物体能看清楚了。

望远镜是由物镜和目镜两组透镜组成的。望远镜的种类很多，这里研究开普勒望远镜、伽利略望远镜和反射式望远镜。

■

开普勒望远镜

开普勒望远镜是德国天文学家开普勒（J. Kepler）于 1611 年发明的。主要用来观察天体，所以又叫做天文望远镜。它是由两组透镜（物镜和目镜）组成的，每组透镜相当于一个凸透镜。跟显微镜不同的是，它的物镜的焦距较长，而目镜的焦距较短。

现代的天文望远镜是庞大而精密的仪器。天文学家已不是只进行简单的目视观测，而是利用敏感的电子摄像机，能够长时间地跟踪收集肉眼看不到的信息，并将信息输入计算机进行分析处理。

实践活动

3

研究开普勒望远镜的原理

图1-32 是开普勒望远镜原理的光路图，请你和同学一起，对照结构示意图，研究开普勒望远镜的原理。

1.

哪一个是物镜？哪一个是目镜？它们的焦点在什么位置？焦距大小如何？

2.

天体离物镜很远，它经物镜所成的像

A′B′

相对与目镜在什么位置？像的性质如何？

3.

像

A′B′

经目镜所成的像

A″B″

具有怎样的性质？

4.

比较

A″ B″

的视角与用眼睛直接观察天体时的视角，你能说明为什么通过望远镜看天体时觉得天体离自己近了？

图1-31 开普勒望远镜结构示意图

焦点物镜

光线

目镜图1-30 天文望远镜

f2

f1

图1-32 开普勒望远镜原理光路图 L1

B′ Ａ′

L2

远处天体射来的光线 24

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目镜焦点

物镜

辅助镜光线

图1-34 反射式望远镜

用开普勒望远镜观察远处物体的像是倒立的，这在观察天体时并无妨碍。然而有时却需要观察到正立的像（如军事望远镜等），于是人们研制了伽利略望远镜。

■

伽利略望远镜

最早的能成正立像的望远镜是由荷兰人李普希（H. Lipper鄄 shey）于 1608 年发明的，它用单个凸透镜做物镜，单个凹透镜作目镜（图 1-33）。 1609 年，意大利科学家伽利略（G.Galilei）也制成了这种用凹透镜作目镜的望远镜，并用它进行了天文观察，发现了木星的卫星和月球表面的环形山等，因而这种望远镜又被称为伽利略望远镜。

请分析讨论：

请根据图 1－33, 分析研究伽利略望远镜成像的过程，并说明用这种望远镜观察物体时，为什么觉得物体离自己近了？

伽利略望远镜的放大倍数较小，一般不超过 6 倍，所以伽利略望远镜只能作为一种简单观察工具，如观看戏剧、风景等。

在观察遥远星体时，进入镜中的光越多，所成的像就越明亮。

为了增加进入望远镜的光，就必须增大物镜的直径，但由于受制造和安装的技术条件所限制，透镜的直径很难大于 1m，因而人们又制造了反射式望远镜（图 1-34）。

■

反射式望远镜

天文台里用的望远镜大多是反射式望远镜。这种望远镜是牛顿在1668 年发明的，它的物镜是一个凹面镜，用来反射光线。

如图 1－35 所示，从远处天体射来的光线，经凹面镜反射后，再被平面镜（辅助镜）反射到目镜中，从而形成放大的虚像。

Ａ″ ^f²

f1

B″ ^B′

Ａ′

图1-33 伽利略望远镜的光路图 L1

F L2

图1-35 反射式望远镜的结构示意图

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由于反射式望远镜的凹面镜直径可以做得很大，因而能够集中较多的光，使所成的像更明亮。目前世界上最大的反射式望远镜凹面镜的直径已大于 6m。

1. 军事望远镜

军事望远镜要求有足够大的放大率，并且要求看到有立体感的正立像，还能在观察目标的同时完成瞄准、定位或测量等任务。图1-36a就是军事望远镜的结构示意图。从图中可以看出，这种望远镜属于开普勒望远镜。它是怎样成正立像的呢？

原来，在开普勒望远镜中加入转像系统也能获得正立像。图1-36b 是双筒望远镜使用的棱镜转像系统原理图。

2. 射电天文望远镜

20世纪30年代，天文学家研制出无线电天文望远镜。它使用一个巨大的抛物面反射盘扫描天空，接收天体中其他星球发出的无线电波，

并将电波反射到接收器（图1-37a）。这种结构可以准确地辨别每种无线电源的位置。灵敏的接收器将信号放大，再由计算机生成视图和数据，供天文学家研究。

信息浏览

各种形式的望远镜

图1-36 双筒军事望远镜

英国天文学家赖尔（M. Ryle）发明了利用计算机将多个射电望远镜的输出端连在一起的方法，对射电天文学的发展做出了重要贡献，因而获得 1974年诺贝尔物理学奖。他的研究小组用这种方法发现了很多天体，其中包括类星体。

a 射电天文望远镜原理反射盘

移动轴

接收器旋转基座

b 射电天文望远镜阵列 b 棱镜转像系统原理图

a 结构示意图

图1-37 射电天文望远镜

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图1-38 哈勃太空望远镜高灵敏度天线

镜片座前外罩

孔径门

光屏

太阳能电池板扶手设备盒

通道后外罩

太阳能电池板

a 哈勃太空望远镜的结构

1. 在教师的指导下，用天文望远镜观察月亮，并根据观察，画出你心目中的月亮形象草图。

2. 上网浏览天文学研究的最新成果和天文望远镜的发展状况。

3. 对军事望远镜感兴趣的同学可以参照图1- 36，研究双筒军事望远镜的棱镜转像系统是如何实现转像的。

b 哈勃望远镜拍摄到的太空照片 3．哈勃太空望远镜

以美国天文学家哈勃（E.P.Hubble）命名的太空望远镜———哈勃太空望远镜，于 1990年4月2日由美国“发现”号航天飞机送入太空，被安置在距离地球表面600km的轨道上。由于哈勃望远镜位于地球大气层以上，经它处理后的图像比地球上任何一架天文望远镜清晰几十倍。哈勃望远镜属于反射望远镜，它的反射镜片直径为2.4m，其照相镜头和光谱仪能感应红外线、紫外线和一切可见光。获取的图像经计算机处理后，由电磁波传送到地球上的接收器。

世界各国的数千名科学家参与了哈勃太空望远镜的研制，整个研制过程花费了数十亿美元。

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1．5

设计制作：简易望远镜

浩瀚的星空总是给人们带来无限的遐想。当你仰望夜空，能看到成千上万的“小亮点”，那是成千上万的恒星、行星和星云。尽管它们非常巨大，但由于离我们非常遥远，因而我们只有借助望远镜才能更好地观察它们的真面目。

在本节中，你将动手制作一架简易望远镜，用它来观察月亮和星空，使自己能看得更远，看得更清楚。

实践活动

制作一台简易望远镜，并用它来观察物体。

活动指导

1．拟订方案

确定要制作的望远镜是开普勒望远镜还是伽利略望远镜，放大倍数多大？

画出望远镜的结构草图（图1-39）。

2．选择器材

（1）选择物镜物镜是个凸透镜，一般说来，物镜的焦距越大，望远镜可能的放大倍数越大。但是，要考虑镜筒的长度以及制作难度。

a 开普勒望远镜ｆ１

ｆ２

ｆ１

ｆ２

图1-39 望远镜的结构

b 伽利略望远镜

28

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例如：选100 度的老花镜片（焦距 f = 1 m）作物镜，从图 1-39 中可以看出，镜筒的长度跟焦距 f1和f2有关。

（2）选择目镜首先要考虑开普勒望远镜的目镜是哪种透镜，伽利略望远镜的目镜是哪种透镜，目镜焦距的大小，对望远镜的放大倍数有什么影响？

望远镜的放大倍数： m = f¹ f2

3．设计镜筒结构

（1）根据物镜和目镜的焦距及它们的口径，计算镜筒的长度及内径、外径。

实际上，镜筒要分为两节（图1-39），以便于调节。为了保证物镜和目镜能够同轴，两节镜筒的对接部分不能太短，内外管之间的衔接也不能太松。如果太松，可在外管内壁或内管外壁粘贴厚绒布或泡沫材料作衬垫。

（2）研究物镜和目镜的安装方法。

4．制作安装

（1）制作镜筒；建议选取 PVC 塑料管材，或用厚纸卷制成硬纸筒。

（2）安装镜头。

（3）使用调试。

（4）为了使用方便，可以考虑给望远镜安装一个三脚架（图 1-40）。

（5）用望远镜观察月亮或星空，并坚持做观察记录。

（6）将自己的观察结果和心得告诉老师和同学，并与他们讨论交流。

5．成果展示

当你完成设计制作后，要及时向同学、老师和家长报告和演示你和小组的研制成果，这将使你体验成功的喜悦。你的报告应包括设计目的、设计原理、制作过程、效果演示、存在问题与改进措施等。

报告前要做好充分准备，建议你使用powerpoint 软件制作一个介绍小组研制成果的演示软件，使你的演示和报告更加生动，

你一定会得到老师和同学的赞扬。

6．评价

认真填写“活动评价表”，及时做好活动的总结评价工作。应以自我评价为主，要客观地评价自己在设计制作活动中的表现，

认识自己的进步和不足。对同学的评价也要公正、客观，要看到他人的长处和进步。

图1-40 天文望远镜

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(30)

活动评价表

制作望远镜

学生姓名：完成日期：

作品名称：

1.

画出结构图和光路图

4.

观察效果：

5.

外观设计：

6.

我在活动中的表现：

我对小组活动的贡献是

我擅长的是

我在活动中遇到的困难是

我在这些方面应该做得更好

7.

自我评价：（在评价的等级上画圈）

8.

小组评语：

9.

老师评语：

A

级（优秀）

B

级（良好）

C

级（合格）

D

级（低于标准）

2.

我选择的元器件：

3.

制作过程：

结构图光路图

30

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(31)

第

1

章家庭作业与活动

1．x

1. 在拍摄照片时，如果希望被摄景物在底片上的影像大一些，是应走近景物还是远离景物？你能用透镜成像的原理来分析说明吗？

2. 摄影是技术和艺术的结合，组织一个 “ 摄影小组 ”，并举行摄影讲座，拟订摄影专题，开展 “创意摄影”活动，举办小型影展，交流经验，评出优秀作品。

3. 查阅 “常见介质的折射率表 ”，根据表内提供的数据计算光在水中及金刚石中的速度。

4. 小实验：人造彩虹。

找一个喷雾器，装上清水（或用嘴含一口水），

尝试顺着、逆着或侧着太阳光喷出水雾，看看在什么情况下能看到水雾中的彩虹？你有兴趣对彩虹的形成做进一步的研究吗？

课题研究

研究玩具望远镜的结构与原理

找一架玩具望远镜，研究它的结构和原理，画出它的光路图并计算它的放大倍数。要完成以上工作，可能有如下一些步骤：

（1）判别该望远镜是开普勒望远镜还是伽利略望远镜。

（2）观察望远镜的调焦机构，测量镜筒最大和最小有效长度。

（3）取出望远镜的物镜和目镜，设法测出它们的焦距。

（4）画出该望远镜的光路图。计算望远镜的放大倍数。

（5）将望远镜复原，使它能正常工作。

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