《通過(guò)透鏡看世界》教案
為了對死者表示尊敬與懷念，常常需要準備悼詞，悼詞是對死者表示哀悼的話(huà)或文章。悼詞的格式和要求是什么樣的呢？下面是小編整理的《通過(guò)透鏡看世界》教案，僅供參考，歡迎大家閱讀。
一、本節三維目標要求
1.知識和技能
知道望遠鏡、顯微鏡是由多個(gè)透鏡組合而成的。
了解望遠鏡、顯微鏡的基本作用。
2、過(guò)程與方法
經(jīng)歷利用兩個(gè)透鏡組成望遠鏡的實(shí)踐過(guò)程。
經(jīng)歷利用兩個(gè)透鏡組成顯微鏡的實(shí)驗操作過(guò)程。
初步學(xué)習逆向、類(lèi)比的物理思維方法。
3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)
激發(fā)學(xué)生對宇觀(guān)世界和微觀(guān)世界進(jìn)行觀(guān)測的興趣。
增強學(xué)生的自然審美能力，培養熱愛(ài)自然、熱愛(ài)科學(xué)的情感。
進(jìn)一步形成科學(xué)的認識觀(guān)。
二、重點(diǎn)與難點(diǎn)
本節的重點(diǎn)是讓學(xué)生利用凸透鏡自行組裝望遠鏡和顯微鏡的兩個(gè)動(dòng)手操作過(guò)程。
本節的難點(diǎn)在于如何啟發(fā)并正確指導學(xué)生完成這兩個(gè)實(shí)踐活動(dòng)。
二、教學(xué)實(shí)施建議
望遠鏡和顯微鏡是透鏡在軍事、科技和生產(chǎn)中的重要應用。課程標準對這一部分的內容未作明確要求，但是為了進(jìn)一步拓展對 “凸透鏡成像的應用”的了解，教材吸納了這方面的內容�；谡n程標準的要求范圍，本節教學(xué)在“知識與技能”上不作深入要求，只是讓學(xué)生知道望遠鏡、顯微鏡是由透鏡組成的，望遠鏡和顯微鏡有哪些用途即可。本節的教學(xué)目標著(zhù)重在于讓學(xué)生通過(guò)自主性探究過(guò)程，體驗逆向思維、類(lèi)比等物理方法；同時(shí)通過(guò)教材提供的宇觀(guān)與微觀(guān)圖片欣賞，讓學(xué)生進(jìn)一步認識自然的奇異與和諧，意識到自然界是可以認識的，樹(shù)立正確的世界觀(guān)。
�。ㄒ唬┙虒W(xué)過(guò)程
本節分為四個(gè)教學(xué)板塊：
�。�1）“做一架望遠鏡”的“動(dòng)手做”實(shí)踐活動(dòng)；
�。�2）欣賞宇宙空間圖片以及對各種類(lèi)型望遠鏡的了解；
�。�3）“做一架顯微鏡”的“動(dòng)手做”實(shí)踐活動(dòng)；
�。�4）微觀(guān)世界的圖片欣賞。教學(xué)過(guò)程可以按照這四個(gè)板塊的順序依次進(jìn)行。
1.“動(dòng)手做”實(shí)踐活動(dòng)
本節包括兩個(gè)“動(dòng)手做”實(shí)踐活動(dòng)。教學(xué)中，教師應指導學(xué)生選擇兩個(gè)焦距不同的凸透鏡和兩個(gè)凹透鏡。因為望遠鏡和顯微鏡對于許多學(xué)生而言是比較陌生而充滿(mǎn)神秘感的，因此學(xué)生在得知本節課的內容后通常會(huì )產(chǎn)生較為濃厚的興趣。
可以鼓勵學(xué)生提出對望遠鏡與顯微鏡的一些疑惑，讓全體學(xué)生進(jìn)行交流與討論，如果未得到解決，則可以讓學(xué)生帶著(zhù)這些問(wèn)題，進(jìn)入動(dòng)手操作階段。因為這一操作比較簡(jiǎn)單，而且教材中也提供了相關(guān)的指導，教師不必限定學(xué)生的操作規程，給予學(xué)生足夠的自主空間。
在操作之前，也可以強調實(shí)踐活動(dòng)過(guò)程中的注意事項。首先，透鏡屬于玻璃制品，為了防止落地而造成損壞，應該讓學(xué)生在簡(jiǎn)易光具臺上進(jìn)行操作，并輕拿輕放，這樣也利于使多個(gè)透鏡光軸重合。其次，應禁止學(xué)生用手觸摸透鏡的玻璃表面，以免玷污，養成愛(ài)護實(shí)驗器材的習慣。此外，要避免學(xué)生將調整好的“望遠鏡”直接對著(zhù)太陽(yáng)觀(guān)察的現象發(fā)生。
在操作過(guò)程中，因為透鏡比較多，可以鼓勵學(xué)生作不同的嘗試，包括采用兩個(gè)凸透鏡、一個(gè)凸透鏡和一個(gè)凹透鏡、兩個(gè)凹透鏡、多個(gè)透鏡等多種組合，其中還可以對透鏡焦距作選擇，對觀(guān)察方向作選擇等等。在實(shí)現望遠或者顯微功能后，可以讓學(xué)生改變兩個(gè)透鏡之間的距離，觀(guān)察望遠或顯微效果的變化。
在各組學(xué)生都已經(jīng)調整好自己的望遠鏡可以讓學(xué)生們觀(guān)察同一個(gè)物體，如在實(shí)驗室的講桌上立起一本書(shū)，讓學(xué)生用望遠鏡觀(guān)察上邊的的頁(yè)碼等等。這樣的環(huán)節旨在增加學(xué)生的動(dòng)手興趣。在操作基本完成之后，讓學(xué)生回顧自己的操作心得，總結出望遠鏡（顯微鏡）的基本組成。并回答動(dòng)手做之前的提出的問(wèn)題。學(xué)生的回答往往是不完整的，教師應給予總結。但是對于望遠鏡與顯微鏡的原理的剖析，已經(jīng)超出課程標準要求的范疇，可以不做深究。
2．物理欣賞
教材提供了較大版面以及圖片介紹望遠鏡和顯微鏡的各種類(lèi)型以及觀(guān)測效果。對于望遠鏡與顯微鏡發(fā)展歷史，教師可以給予一定的介紹，例如分別簡(jiǎn)單說(shuō)明伽利略望遠鏡、開(kāi)普勒折射望遠鏡以及牛頓反射望遠鏡的性能以及適用范圍等，并且可以結合本冊教材第一章第一節中涉及的哈勃太空望遠鏡，說(shuō)明望遠鏡的重要用途以及技術(shù)變革等等。對于顯微鏡也可以做這樣的簡(jiǎn)單介紹，如介紹從胡克發(fā)明的第一臺顯微鏡到目前常用的顯微鏡（圖4-7-10），進(jìn)而到電子顯微鏡、掃瞄隧道顯微鏡的歷史沿革等。在涉及的內容中，學(xué)生往往因為不了解這些望遠鏡的`原理而產(chǎn)生疑問(wèn)，可以讓他們通過(guò)查詢(xún)資料獲取相關(guān)信息。
在對歷史的回顧之后，可以讓學(xué)生欣賞課文中的一系列圖片，體會(huì )自然界的奇異與和諧，例如因為太遠而肉眼無(wú)法觀(guān)察到的月球上的環(huán)形山，因為太細微而無(wú)法感知的西瓜表皮上的絨毛等等。此外，可以比較肉眼和望遠鏡、顯微鏡這些儀器的分辨能力的差別，讓學(xué)生體會(huì )科學(xué)技術(shù)擴展人類(lèi)視覺(jué)的能力。正常人眼最多能分辨大約為0.1mm的細微物體，而隧道顯微鏡可以看到直徑數量級為10-10m的原子；人的正常視力（指小數視力1.0）能夠在5m之外分辨邊長(cháng)約7.3mm的“E”字，而哈勃太空望遠鏡的“視力”是看到約16 000km外的螢火蟲(chóng)！以上這些比較都可以讓學(xué)生意識到科技的無(wú)窮力量，意識到自然界是可以為人類(lèi)所認識的，從而樹(shù)立正確的世界觀(guān)。
整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生自主操作與自由分析始終是教學(xué)的中心，教師要把握好講解的時(shí)間分配的尺度，讓學(xué)生充分經(jīng)歷“動(dòng)手做”的過(guò)程，同時(shí)引導他們“動(dòng)腦想”，體會(huì )這些運用光學(xué)規律的儀器的應用價(jià)值與社會(huì )意義。
�。ǘ┎牧蠝蕚渑c實(shí)驗設計
1.實(shí)驗材料準備
圖4-7-1
本節教學(xué)需要準備的材料如下：兩個(gè)不同焦距的凸透鏡。
2.實(shí)驗設計
自制水滴顯微鏡
把一個(gè)帶針孔的硬紙板平放在兩個(gè)火柴盒上（圖4-7-1），離桌面大約十五毫米。在針孔上滴一滴水，水滴的直徑是四到五毫米。在火柴盒下鋪上一張白紙，在紙上畫(huà)一個(gè)極小的箭頭，作為觀(guān)察對象。
透過(guò)這個(gè)小水滴，應該看到一個(gè)和原來(lái)方向相反的放大了的箭頭(如果不是這樣，就要調整水滴跟桌面的距離，或者改變水滴的直徑)。這是一個(gè)被水滴放大了的實(shí)象。然后再用一只放大鏡來(lái)觀(guān)察水滴。改變放大鏡和水滴之間的距離，可以找到一個(gè)合適位置，看到一個(gè)清晰的被放得很大的箭頭。
將箭頭換成一些細鹽粒�？梢园l(fā)現，每一小粒鹽都是一個(gè)正方體。
三、教學(xué)資源
�。ㄒ唬┙虒W(xué)視頻
1.哈勃望遠鏡
2.微小的世界（見(jiàn)“教師備課系統”光盤(pán)）
�。ǘ﹨⒖假Y料
1.望遠鏡的發(fā)展簡(jiǎn)史
從第一架光學(xué)望遠鏡到射電望遠鏡誕生的三百多年中，光學(xué)望遠鏡一直是天文觀(guān)測最重要的工具。
�。�1）折射式望遠鏡
圖4-7-4 牛頓反射式望遠鏡光路圖
圖4-7-2 伽利略望遠鏡光路圖
圖4-7-3 開(kāi)普勒望遠鏡光路圖1609年，伽利略制作了一架口徑4.2厘米，長(cháng)約1.2米的望遠鏡。他是用平凸透鏡作為物鏡，凹透鏡作為目鏡，這種光學(xué)系統稱(chēng)為伽利略式望遠鏡。伽利略用這架望遠鏡得到了一系列的重要發(fā)現，天文學(xué)從此進(jìn)入了望遠鏡時(shí)代。
1611年，德國天文學(xué)家開(kāi)普勒用兩片凸透鏡分別作為物鏡和目鏡，使放大倍數有了明顯的提高，以后人們將這種光學(xué)系統稱(chēng)為開(kāi)普勒式望遠鏡。
現在人們用的折射式望遠鏡還是這兩種形式，天文望遠鏡采用的是開(kāi)普勒式。
折射望遠鏡的優(yōu)點(diǎn)是焦距長(cháng)，底片比例尺大，對鏡筒彎曲不敏感，最適合于做天體測量方面的工作。但是因為從技術(shù)上無(wú)法鑄造出大塊完美無(wú)缺的玻璃做透鏡，以及重力會(huì )使大尺寸透鏡有明顯變形，因而折射望遠鏡發(fā)展較為緩慢。
�。�2）反射式望遠鏡
1668年，牛頓發(fā)明了第一架反射式望遠鏡，他采用凹面反射鏡作為主鏡，并在主鏡的焦點(diǎn)前面放置了一個(gè)與主鏡成45°角的反射鏡，使經(jīng)主鏡反射后的會(huì )聚光經(jīng)反射鏡以90°角反射出鏡筒后到達目鏡。這種系統稱(chēng)為牛頓式反射望遠鏡。
1672年，法國人卡塞格林利用凹面鏡和凸面鏡，設計了現在最常用的卡賽格林式反射望遠鏡。這種望遠鏡焦距長(cháng)而鏡身短，放大倍率大，圖象清晰；既可用來(lái)研究小視場(chǎng)內的天體，又可用以拍攝大面積的天體。哈勃太空望遠鏡采用的就是這種反射望遠鏡。
1918年末，口徑為254cm的胡克望遠鏡投入使用，這是由海爾主持建造的。天文學(xué)家用這架望遠鏡第一次揭示了銀河系的真實(shí)大小和我們在其中所處的位置，更為重要的是，哈勃的宇宙膨脹理論就是用胡克望遠鏡觀(guān)測的結果。
�。�3）折反射式望遠鏡：
折反射式望遠鏡最早出現于1814年。1931年，德國光學(xué)家施密特用一塊別具一格的接近于平行板的非球面薄透鏡作為改正鏡，與球面反射鏡配合，制成了可以消除球差和軸外象差的施密特式折反射望遠鏡，這種望遠鏡光力強、視場(chǎng)大、象差小，適合于拍攝大面積的天區照片，尤其是對暗弱星云的拍照效果非常突出。施密特望遠鏡已經(jīng)成了天文觀(guān)測的重要工具。1940年馬克蘇托夫用一個(gè)彎月形狀透鏡作為改正透鏡，制造出另一種類(lèi)型的折反射望遠鏡，它的兩個(gè)表面是兩個(gè)曲率不同的球面，相差不大，但曲率和厚度都很大。它的所有表面均為球面，比施密特式望遠鏡的改正板容易磨制，鏡筒也比較短，但視場(chǎng)比施密特式望遠鏡小，對玻璃的要求也高一些。
由于折反射式望遠鏡能兼顧折射和反射兩種望遠鏡的優(yōu)點(diǎn)，非常適合業(yè)余的天文觀(guān)測和天文攝影，并且得到了廣大天文愛(ài)好者的喜愛(ài)。
2、遠東最亮的“眼睛”
我國自行設計研制的2．16米大型光學(xué)天文望遠鏡，就安裝在燕山深處海拔蝴米的北京天文臺興隆觀(guān)測站。這臺三層樓高的龐然大物是目前我國也是遠東地區最大口徑的現代化望遠鏡。
它的最大特點(diǎn)是采用中繼鏡做折軸系統轉換。這是當今世界上我國天文工作者的創(chuàng )新設計。國外的望遠鏡，這個(gè)零系統和折軸系統，需要更換時(shí)要使用不同的副鏡。這樣做，往往會(huì )引起整值誤差，降低成像質(zhì)量，有的更換還需要花費不少時(shí)間，影響天文觀(guān)測。而我國新研制的望遠鏡采用了新的折軸系統方案。這個(gè)方案里面折軸系統和卡非靈系統是共用同一個(gè)副鏡，不需要更換。它是通過(guò)增加一塊反射鏡，稱(chēng)為中繼鏡，來(lái)實(shí)現這樣一個(gè)方案的。國外對這個(gè)折軸系統給予了很高的評價(jià)。美國著(zhù)名的天文光學(xué)家壘雷爾教授把這個(gè)系統的中繼鏡命名為s、y、z中繼鏡，就是輸定強，原希木，正必方中繼鏡。中國人的首創(chuàng )，得到世界天文學(xué)界的認同。正在研制中的世界最大的望遠鏡，歐洲南方天文臺B、I、T中也采用了s、y、z中繼鏡的思路和折軸系統。
2．16米望遠鏡的機械傳動(dòng)采用了先進(jìn)的油電系統。使重達95噸的望遠鏡就像浮在油上一樣，只需相當于3瓦電動(dòng)功力的電機就可將其驅動(dòng)，而且，還能使望遠鏡跟蹤天體的精度達到0．15度。
中國科學(xué)院主持的2．16米光學(xué)望遠鏡鑒定會(huì )，集中了我國天文學(xué)界的專(zhuān)家權威。他們一致認為，南京天文儀器研究中心、北京天文臺自動(dòng)化研究所聯(lián)合研制的這臺望遠鏡是2米級的，達到了國際先進(jìn)水平的光學(xué)望遠鏡，這就使中國的天文觀(guān)測有了遠東最亮的眼睛。當外面配備先進(jìn)的探測器，如CCD光譜儀，這個(gè)光譜儀在黑夜就能夠觀(guān)測到很暗的星，而且能自動(dòng)進(jìn)行，最后的結果全部輸到計算機里面去。1993年他們做過(guò)一個(gè)超行星界的工作，取得了一個(gè)完整的光譜系列。在這個(gè)基礎上，他們發(fā)現超行星的不穩定、不對稱(chēng)的暴發(fā)現象，并且提出了自己的一個(gè)理論模型，叫做手紙模型，即像手紙一樣的暴發(fā)模型。這個(gè)模型引起了國外的關(guān)注。
2．16米光學(xué)望遠鏡的研制成功，標志著(zhù)我國天文機械和自動(dòng)化控制達到了一個(gè)新的水準。 CCTV《科技博覽》
3.哈勃太空望遠鏡
地球的大氣層對天文觀(guān)測構成了極大的障礙。即使在遠離人煙的高山觀(guān)測，大氣電離層中的輻射仍然會(huì )使夜空背景發(fā)光，影響了一些要求很高的光度測量。此外大氣的擾動(dòng)亦是使天文學(xué)家十分頭痛的問(wèn)題。在大氣擾動(dòng)下，原本在望遠鏡中呈現點(diǎn)狀的星光變成了模糊的圓盤(pán)，大大減低了望遠鏡的分辨能力和量度星體位置的準確度。
早在1946年天文學(xué)家Lyman Spitzer就提出了太空望遠鏡的構思，但這個(gè)夢(mèng)想卻要到90年代才實(shí)現，太空望遠鏡的歷史可以說(shuō)是波折重重。以著(zhù)名天文學(xué)家哈勃(Hubble，1889～1953)命名的哈勃太空望遠鏡，1990年4月由“發(fā)現號”航天飛機送至太空，是迄今為止最大的太空望遠鏡。
哈勃望遠鏡總長(cháng)12.8m，鏡筒直徑4.28m，主鏡直徑2.4m，連外殼孔徑則為3m，總重11.5t，主要由三大部分組成。第一部分是光學(xué)部分，是整個(gè)望遠鏡的心臟。它采用卡塞格林式反射系統，由兩個(gè)雙曲面反射鏡組成，一個(gè)是口徑 2.4m的主鏡、另一個(gè)是裝在主鏡前約4.5m處的副鏡，口徑0.3m。投射到主鏡上的光線(xiàn)首先反射到副鏡上，然后再由副鏡射向主鏡的中心孔，穿過(guò)中心孔到達主鏡的焦平面上形成高質(zhì)量的圖像，供各種科學(xué)儀器進(jìn)行精密處理，得出來(lái)的數據通過(guò)中繼衛星系統發(fā)回地面。第二部分是科學(xué)儀器，主要包括裝在主鏡焦平面上的八臺科學(xué)儀器，分別是：寬視場(chǎng)和行星照相機、暗弱天體照相機、暗弱天體攝譜儀、高分辨率攝譜儀、高速光度計和三臺精密制導遙感器。第三部分是輔助系統，包括兩個(gè)長(cháng)11.8m、寬2.3m，能提供2.4kW功率的太陽(yáng)能電池板，兩部與地面通信的拋物面天線(xiàn)等。
哈勃望遠鏡在距地面500km的太空上進(jìn)行觀(guān)測，不僅不受惡劣氣候的影響，每天都可以進(jìn)行觀(guān)測，而且擺脫了地球大氣的干擾，能夠達到地面上任何望遠鏡也達不到的高靈敏度和高分辨能力，是一個(gè)性能卓越的空間天文臺。借助它可觀(guān)測到宇宙中140億光年遠發(fā)出的光；它能夠單個(gè)地觀(guān)測到星群中的任一顆星；它能研究和確定宇宙的大小和起源，以及宇宙的年齡、距離標度；它還能分析河外星系，確定行星間、星系間的距離，它能對行星、黑洞、類(lèi)星體和太陽(yáng)系進(jìn)行研究，并畫(huà)出宇宙圖和太陽(yáng)系內各行星的氣象圖。
目前哈勃望遠鏡已有過(guò)許多重要發(fā)現，如拍攝到距地球5億光年遠的恒星碰撞，發(fā)現了圍繞著(zhù)1987A超新星的正在發(fā)光的氣體環(huán)等等。神通廣大的哈勃望遠鏡為人類(lèi)觀(guān)測宇宙立下了汗馬功勞。
4. 能看見(jiàn)原子的眼睛
說(shuō)起掃描隧道顯微鏡，有這樣一個(gè)比喻：假如人類(lèi)站在月球上，觀(guān)察自己的家園地球，用肉眼看去，地球不過(guò)是一個(gè)藍色的球體。如果用放大20xx倍的光學(xué)顯微鏡，就可以看到太湖那樣大小的區域。如果用放大幾百倍的電子顯微鏡，地球上的一幢幢樓房就會(huì )出現在眼前。而如果用掃描隧道顯微鏡，那么，進(jìn)入你視野的將是地球上的一粒粒砂子。
當然，這只是一個(gè)比喻。掃描隧道顯微鏡不是望遠鏡。它的重要性在于，它為人類(lèi)打開(kāi)了通向微觀(guān)世界的又一扇大門(mén)。有了它，我們就有了一雙能直接看到物質(zhì)表面原子排列狀況的眼睛。
掃描隧道顯微鏡能看見(jiàn)如此微小的原子，其原因在于它與普通光學(xué)和電子顯微鏡完全不同的工作原理。掃描隧道顯微鏡的探頭帶有一根探針，它的針尖細到只有原子大小。探針的針尖接近所要觀(guān)測的樣品的表面并進(jìn)行掃描。根據量子物理學(xué)原理，當針尖上的原子與樣品表面原子的距離小于lnm時(shí)，它們之間會(huì )產(chǎn)生隧道電流。通過(guò)記錄隧道電流的變化就可以獲得樣品表面原子排列的情況，并把它轉化為圖像。這個(gè)過(guò)程很像我們用手指去觸摸一個(gè)物體的表面，觸覺(jué)神經(jīng)把信號傳到大腦，使我們產(chǎn)生對該物體表面形狀和性質(zhì)的認識。不過(guò)，掃描隧道顯微鏡比我們的手指要精確得多。它平行于物體表面的分辨率可達到0．1nm，而垂直于物體表面方向上的分辨率可達到0．01nm。
掃描隧道顯微鏡不僅可以直接觀(guān)察物質(zhì)表面的原子結構，還可以通過(guò)探針對物質(zhì)表面的原子和分子進(jìn)行搬移�？梢园釀�(dòng)原子，人類(lèi)就可以按自己的意愿對各種物質(zhì)表面進(jìn)行原子級的重構，像搭積木一樣，把一個(gè)個(gè)分子組建在一起，制造新的材料。
掃描隧道顯微鏡還能對物質(zhì)表面進(jìn)行刻蝕。中國科學(xué)家用自制的掃描隧道顯微鏡在石墨表面刻蝕了線(xiàn)寬僅為10nm的字符和圖案。按尺寸計算，一部<紅樓夢(mèng))只需一根大頭針針尖大小的地方就能記錄下來(lái)。這就為制作高密度的信息存儲元件和納米尺度的電子元件提供了新途徑。想象一下，這種技術(shù)一旦投人應用，我們的計算機容量該有多大，而體積又該有多小。
掃描隧道顯微鏡所觀(guān)察到的原子，是目前人類(lèi)所能直接觀(guān)察到的微觀(guān)世界的最小尺度。很顯然，這項技術(shù)直接促進(jìn)納米科技的發(fā)展。對于表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)和微電子技術(shù)的研究有著(zhù)重要的意義。有了這項技術(shù)，人類(lèi)把自己的意志施加于微觀(guān)世界的時(shí)代就開(kāi)始了。 CCTV《科技博覽》
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