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制作折射望远镜的收获与困惑 [复制链接]

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530日的小学生“头脑运动会”科学赛题中有一个项目是制作望远镜。学生们的作品精彩纷呈,集科学与艺术与一体。从部分的作品的细节看,他们对望远镜的一些制作要点比我这做老师的认知更精准。为此我特地去搜索学习有关望远镜的知识和制作原理。





这些学生都很棒,几乎都能制作出两种原理的望远镜。

一、望远镜的种类:1 折射式望远镜   2、反射望远镜    3、折反射望远镜     4、射电望远镜

    这次学生制作的是第1种--光学折射式望远镜。

1   折射式望远镜,是用透镜作物镜的望远镜,分为两种类型:由凹透镜作目镜的称伽利略式折射镜;由凸透镜作目镜的称开普勒式折射镜

二、两种望远镜原理:






从结构上看应该是开普勒对伽利略型望远镜的改进版,凸透镜组成,且中间有焦点,可以看出物像是成倒像的,那个小凸透镜其实是目镜所以就实现了可以配不同的放大倍数。当前几乎所有折射式天文望远镜都是开普勒型的。

从原理上看:1、伽利略望远镜的原理是先由物镜运用照相机原理,把远处的物体形成一个缩小、倒立的实像,目镜是凹透镜,凹透镜位于成像点之前,把缩小的实像转化成正立、放大的虚像。2、开普勒望远镜的原理是把远处的物体由凸透镜按照相机原理成缩小倒立的实像。这点和伽利略望远镜原理相同,不同的是开普勒望远镜的目镜是凸透镜,且是以放大镜原理把缩小的倒像进一步放大。所以两种望远镜的物镜可以完全一样。

三、爱牛提供的器材是:




爱牛的三个镜片的数据我问淘宝卖家,没有回复我。只能自己测量镜片直径(有大到小直径分别是3.6cm、2.8cm、1.7cm),但发现最大的镜头是平凸镜,即只有单面凸起,另一面是平的。


查资料发现为了获得更多的光线,使图像更清晰,物镜的直径是最大的---即最大的镜片用来做物镜。但这片最大的物镜有两个面,凸起的那面应该朝哪里呢?另外一片凹透镜也是一面平,一面凹。这面透镜又该怎样安放呢?

最后编辑罗华英 最后编辑于 2023-06-05 22:42:52
本主题由 超级管理员 金亚军 于 2023/6/6 18:20:21 执行 设置精华/取消 操作
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我看了学生的作品,发现各种情况都有

包括凹透镜,也一样,各种朝向都有

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我查了淘宝上在卖的望远镜透镜片,物镜都是平凸透镜。


但目镜却都是双凹透镜。
我又去摸了一下,爱牛的伽利略式目镜的确是一面平的
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看过一个视频,建议把两片镜片的平面都朝里放置。物镜凸面朝外,目镜凹面朝外。但我不知道为什么要这么放置?
我看到另外有两片式的物镜,说是可以消除色差。具体是这样的。


由于不同颜色的光折射率不同,导致色散,从而使图像不够清晰。
的确我用双凸镜看放大的字时候,字的周边有红色和蓝色的边缘。
按照上图中双物镜的放置方式,是不是相当于一块平凸透镜的效果?平的一面朝里,也和图中双物镜放置相同。
也就是使用平凸透镜做物镜的目的是为了消除色差,不知道这个思考是否合理?
最后编辑罗华英 最后编辑于 2023-06-05 22:39:47
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具体的制作过程不是很难。淘宝上有介绍。

制作前最好知道镜片的焦距,以计算需要制作镜筒的长度。
但这里没有焦距的参数,干脆用简单直接的方法,拿两片镜片,放在眼前移动对焦,调整两个镜片的位置,找到最清晰的像的时候,大概比划出两片镜片之间的距离。即两个镜筒加起来所需要达到的长度。不需要很准确,因为两个镜筒在使用时要叠加,调焦距。
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小小望远镜,大大科学理!很好的活动,不断搜集资料,不断尝试。过程比结果更重要!
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很深入的研究!
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学生制作一般都是试试,一边试一边改,没有从原理上进行设计研究。
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对于爱牛的镜筒是长方体而一般望远镜的镜筒为圆柱形,到底哪个好?  长方体的镜筒,容易卡住固定。在调焦伸缩镜筒时,很容易固定在需要的位置上。但缺点是光线进入后变成发散,成像效果会差一些。像看起来会黯淡些。但对于开普勒望远镜,物镜和目镜之间距离比较远,在光线传播路径上散射较多,成像亮度会打折扣。所以我个人觉得,镜筒做成圆柱形,让入射光线集中传播,成像效果会更好。
      对于伽利略望远镜,因为物镜和目镜距离近,基本上影响不大。成像效果依然好,但是仔细看筒内漫反射的光还是比较强,对成像干扰依然存在。照片中可以看到筒内,上下左右四个圆形的反射干扰光斑。


   我看了淘宝上的做法:




这些方法比较复杂,最简单的方法就是用黑色卡纸做镜筒。
这次比赛中的确有好几组学生用了黑色卡纸。学生的细节做得比我想象的好。
最后编辑罗华英 最后编辑于 2023-06-06 09:18:46
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学生做起来的时候去观察,有时候反而感觉越看物体越来越小的感觉,还不如不用望远镜
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