第十四节、显微镜和望远镜

一、显微镜

观察细菌、动植物的组织、金属的结构等细微物体，要用显微镜。显微镜能把物体放大很多倍，下面我们来说明它的原理。

显微镜的主要部分是装在镜筒两端的两组透镜，每组透镜都相当于一个凸透镜。靠近被观察物体的一组透镜叫做物镜，靠近眼睛的一组透镜叫做目镜。物镜的焦距很短，目镜的焦距较长。

物镜的作用是得到被观察物体的放大的实像，目镜的作用是把物镜所成的实像作为物体，进一步把它放大为虚像。

图 5–53 是显微镜的成像光路图。物镜 L₁ 到被观察物 AB 的距离稍大于物镜的焦距 f₁，通过物镜得到放大的实像 A′B′。A′B′ 对目镜 L₂ 来说是物体，使 A′B′ 位于目镜的焦点 F₂ 以内，这样通过目镜就得到 A′B′ 的放大的虚像 A″B″。从图上可以看出，A″B″ 的视角比眼睛直接看 AB 时的视角大得多。所以用显微镜可以看清非常微小的物体。

人眼只能看清大小为 0.1 毫米左右的细节，光学显微镜的放大率为 1000 ~ 1500 倍左右，可使我们看清物体万分之一毫米左右的细微结构，大大提高了我们的观察能力，但是要观察物质更细微的构造，例如晶体的结构、分子、原子等，光学显微镜就无能为力了，必须用放大率更高的电子显微镜。

二、望远镜

观察远处的物体或天体要用望远镜。望远镜的构造有不同的型式，下面我们介绍开普勒望远镜和反射式望远镜。

开普勒望远镜是德国天文学家开普勒在 1611 年发明的，主要用来观察天体，所以叫做天文望远镜，它由两组透镜组成，每组透镜都相当于一个凸透镜，其中对着远处物体的一组叫做物镜，对着眼睛的一组叫做目镜。但是跟显微镜相反，望远镜的物镜焦距较长，目镜焦距较短。

开普勒望远镜的原理如图 5–54 所示。从天体射来的平行光线，经过物镜 L₁ 后，在焦点以外距焦点很近的地方成一倒立缩小的实像 A′B′。目镜 L₂ 的前焦点和物镜的焦点是重合的，所以实像 A′B′ 位于 L₂ 和它的焦点之间距焦点很近的地方，L₂ 以 A′B′ 为物体，形成放大的虚像 A″B″。这样，当我们对着目镜观察的时候，进入眼睛的光线就好象是从 A″B″ 射来的。A″B″ 的视角大于直接用眼睛观察天体时的视角，因此从望远镜中看到的物体使人觉得离自己近了，看得清楚了。

望远镜的物镜越大，进入镜中的光就越多，所成的像就越明亮清晰，这对于观察传来的光很弱的遥远星体是很重要的。但是由于制造和安装上的困难，透镜的直径很难大于 1 米，所以天文台用的大型望远镜多为反射式的。这种望远镜是牛顿在 1668 年发明的。反射式望远镜的原理如图 5–55 所示。它用一个很大的凹镜代替物镜，从遥远天体射来的平行光线，经凹镜 C 反射后，向焦点会聚，但是在光线还没有会聚到焦点以前，就被平面镜 M 反射到目镜 O 中，形成实像。反射式望远镜的凹镜可以做得很大，能够集中较多的光，使成像明亮清晰。凹镜的口径越大，能够看到的宇宙范围也就越大，现在世界上已有口径为 5 米的反射式望远镜。

阅读材料：电子显微镜和射电望远镜

电子显微镜  电子显微镜是在本世纪三十年代出现的。它是类比于光学显微镜发展起来的，光学显徽镜是用可见光照射被研究的物体，利用光学透镜使光线偏折而成像的；电子显微镜则是让电子束穿过被研究的物体，利用电磁透镜（实际上就是按一定要求分布的空间电场和磁场）使电子束偏转而成像的，图 5–56 是用磁场聚焦的电子显微镜的示意图，为了便于类比，左边画出了光学显微镜的示意图。发射电子的阴极 K 相当于光学显微镜的光源，从阴极发射出来的电子，经过磁透镜 L₁ 后变为平行的电子束，L₁ 起聚光镜的作用，电子束穿过被研究的物体 O，产生被研究物体的透射像。磁透镜 L₂ 起物镜的作用，电子束通过它，放大成像 I₁，I₁ 再经磁透镜 L₃ 放大，第二次成像 I₂。I₂ 被投射在荧光屏 S 上，可以用照相方法记录下来。

电子显微镜的放大率比光学显微镜的放大率高一千倍左右，电子显微镜能观察物质的精细结构，可以拍摄出物质的原子结构图，在现代科学技术中有重要的应用。

射电望远镜  太阳、恒星和宇宙空间的物质能发出无线电波，这种无线电波叫做射电辐射，观测射电辐射的强度，是天文学中研究天体和宇宙的一种重要方法。射电望远镜就是用来观测宇宙中射电辐射的仪器。

射电望远镜有各式各样的结构，图 5–57 所示的是常见的抛物面天线射电望远镜，它有一个很大的金属抛物面状天线，从宇宙空间射来的平行于抛物面轴的无线电波，被反射后集中到位于抛物面焦点处的小天线上，小天线接收到的无线电波能量通过传输线输送给接收机，接收机对电波能量进行测量，确定射电波的强度。

利用射电望远镜进行观测有许多优点。无线电波能穿过云雾和尘埃，因此用射电望远镜能不分晴雨昼夜连续进行观测；对于那些难以用光学望远镜观测的天体和字宙空间，利用射电望远镜也可以进行研究。

发布时间：2025/5/29 上午9:50:58  阅读次数：297