自制“望远镜显微镜演示装置”

刘聪　孙长平　周学云　崔宝阳

【摘 要】自制“望远镜显微镜演示装置”集望远镜、显微镜集于一体，独创半封闭式的镜筒结构，能将抽象的原理用事物实物化，在教学过程中让学生不仅能够很好的理解望远镜、显微镜的结构原理及成像原理，而且具有操作简单、易携带、实验效果明显等优点，能够很好的用于教学之中。

【关键词】望远镜；显微镜；半封闭式演示；剖面镜筒

目前在教学工作中，传统的望远镜、显微镜实验装置需要组装两套装置来演示显微镜、望远镜成像原理，在实验中的镜片放置需要精心安排，导致学生很难将注意力集中在裝置的原理上，不能够直观地理解显微镜和望远镜的内部原理，影响教学效果。自制“望远镜显微镜演示装置”针对传统望远镜、显微镜实验装置的不足，能将抽象的原理用事物实物化，集望远镜、显微镜集于一体，设计一种在教学中容易理解内部原理、操作简单、易携带、实验效果明显等优点演示装置，解决了学生在实验中对望远镜、显微镜的结构原理、成像原理理解不够深入、组装装置费时费力、注意力不集中等问题，极大地提高了课堂效率。

1 演示装置的设计原理

望远镜是一种利用透镜或反射镜以及其他光学器件观测遥远物体的光学仪器；光学显微镜是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。图1为望远镜的理论设计图[1]，利用了平行光、过镜心、过焦点三条特殊光线作光路图说明原理。若凸透镜L1（物镜）在观察者附近，即将远处的物体AB成缩小像AB于附近，再通过一个凸透镜L2（目镜）观察，并使缩小像与该透镜距离小于一倍焦距，成放大的虚象A”B”，即将远处的物体放大了，根据其原理可设计出望远镜（开普勒型）演示装置。图2为显微镜的理论设计图[1]，由凸透镜成象规律知，只要把物体放在一倍焦距以内，成放大正立虚象，从图2可以直观知道物体CD放置在第一个凸透镜L1（物镜）的一倍焦距以外，二倍焦距以内，成一倒立放大实像CD，调节第二个凸透镜L2（目镜）。使该象在其一倍焦距以内，经其成放大虚像C”D”，眼睛通过凸透镜L2（目镜）可以观察到象C”D”，根据其原理可设计出显微镜演示装置。

自制“望远镜显微镜演示装置”基于望远镜和显微镜的设计原理，将两者结合起来设计为一个装置，该演示装置在教学中既可以作为望远镜演示也可以作为显微镜演示用，其设计示意图如图3所示。我们首次设计了一个剖开的半圆形状的不锈钢镜筒，既能够让镜片底座能够在镜筒中方便移动，为了让能够从镜筒外部观察及调节镜片的移动。在设计中，我们在半圆镜筒的斜棱角处与半圆筒内壁处凿开了一个可以穿插螺丝的孔径，以便于进行移动镜片的操作，且在镜筒外侧表上刻度，能够通过刻度尺记录镜片的位置。由于不锈钢制作的模具有耐腐蚀、结实耐用、美观大方等优点，因此我们装置的制作材料采用了不锈钢模具，在机械加工厂中按照图3的设计示意图制作。

2 演示装置的操作方法

图4 演示装置实物图

自制“望远镜显微镜演示装置”的实物图如图4所示，包括：镜架支框（安装指针），半封闭式的镜筒结构（标有刻度尺），装置支架（底座）。镜架支框的内侧和外侧开一个连通的安装螺丝的通道，螺丝通过开的孔，在内侧与镜片连接，在外侧与一个指针连接，以方便于读数和能够从外侧自由调整镜片的位置；支框外侧的指针上方有一刻度尺，以方便于记录数值；底座采用一种特殊的螺丝与镜架支框相连接，可以很方便地固定、移动和拆卸。演示时首先将此凹槽固定于磁性底座上，选择好适合的镜片。在理论上，望远镜的放大倍数的数值通常用物镜焦距与目镜焦距之比计算，在教学演示中，数值上开普勒型的望远镜保证物镜（凸透镜）的焦距大于目镜（凸透镜）的焦距，伽利略型的望远镜保证物镜（凸透镜）的焦距大于目镜（凹透镜）的焦距，通过调节两透镜之间的距离，观察远处物体放大的像，根据光学原理[2，3]在理论上可以计算出物体、物镜和目镜之间的距离，与从半圆形镜筒的标度中可以读出的数值进行比较，找出差异原因，能够让学生更（下转第44页）（上接第36页）加深入的理解望远镜的成像原理，提高课堂效率。显微镜目镜和物镜都是凸透镜，焦距不同，物镜的凸透镜焦距小于目镜的凸透镜的焦距。利用我们的装置可以进行与望远镜相似的操作，与望远镜演示不同之处在于物镜的焦距和目镜的焦距，也可以把开普勒型望远镜演示装置倒过来观察，这样就把开普勒望远镜的目镜与物镜交换了，保证了显微镜演义装置的要求，变成了显微镜演示装置。

3 总结

自制“望远镜显微镜演示装置”提供了一种结构简单、使用方便的用于调整不同镜片改变光路的望远镜显微镜演示装置，采取了一种独特的镜架支框结构，可以将镜片按照我们的需要调整的框架是一种能够很好地演示望远镜显微镜的演示装置。该装置集望远镜和显微镜演示装置于一体，具有使用方便、结构简单、演示效果直观，简单易学、制作方便、仪体积小、重量轻、便于携带等优点，能够很好地帮助学生来理解望远镜、显微镜的构造及原理，可作为教具用于教学之中，能有效地辅助教学，提高教学效率。

【参考文献】

[1]宋景萍，姚淙文，陈锋，唐涛.望远镜和显微镜探究性教学思考[J].贵州师范学院学报，2010，26（12）：60-62.

[2]钟锡华.现代光学基础[M].北京：北京大学出版社，2003.

[3]姚启钧.光学教程（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[责任编辑：田吉捷]endprint