Естествознание
10 класс

§ 16. Средства изучения микромира и мегамира

Мне совершенно ясно, как
мало зависит от прибора
и как много — от человека,
который перед ним сидит.
В. Оствальд

Что такое разрешение глаза? Каков принцип действия микроскопа и телескопа?

Урок-практикум

Цель работы. Понять, что такое угловое увеличение оптического прибора и как можно разглядеть далекие объекты и слишком малые объекты. Познакомиться с современными микроскопами и телескопами и их возможностями.

План работы. 1. Расчет оптических характеристик глаза, микроскопа. 2. Наблюдение с помощью микроскопа. 3. Определение увеличения телескопа.

Наблюдения с помощью микроскопа и телескопа. В начале XVII в. были созданы приборы для изучения микромира — микроскопы и мира астрономического — телескопы.

Глаз человека также является простейшим оптическим прибором. Возможности глаза, как и любого прибора, ограничены. Минимальный угол между двумя точками, при котором эти точки не сливаются, называется разрешением глаза. В среднем эта величина равна 0,5'.

Исторические технические средства для постижения таинств природы: а — микроскоп; б — телескоп.

1. Рассчитайте, детали какого размера Δх может различить глаз человека на расстоянии наилучшего зрения L = 25 см.

Подсказка. Глаз может разглядеть детали Δх = L • φ, где φ — угол зрения на предмет и измеряется в радианах. Одна угловая минута 1‘ = 1/60 • 57 радиан. 0,5' = 1/2 • 60 • 57. Таким образом, Δх = L/2 • 60 • 57.

Объекты, которые наблюдаются глазом под углом, меньшим 0,5', сливаются в одну точку. Это могут быть либо мелкие объекты, например клетки организмов, имеющие размер около 0,01 — 0,001 мм, либо крупные объекты, удаленные от глаза на большое расстояние, например детали поверхности Марса. Микроскоп и телескоп увеличивают угол наблюдения, т. е. помогают рассмотреть мелкие или удаленные объекты.

2. Рассчитайте увеличение школьного микроскопа.

Подсказка. Увеличение микроскопа может быть рассчитано по формуле

где Δ — длина тубуса микроскопа, L — расстояние наилучшего зрения, fоб и fок — фокусные расстояния объектива и окуляра.

3. Рассмотрите в микроскоп объект, предложенный учителем. Оцените размеры объекта.

4. Рассчитайте увеличение телескопа, у которого параметры линз: fоб = 3м и fок = 0,1 м.

Подсказка. Увеличение телескопа можно рассчитать по формуле

5. Познакомьтесь с информацией о современных оптических телескопах. Если есть возможность, организуйте экскурсию в обсерваторию или астрономический институт, где наблюдают астрономические объекты с помощью телескопов.

В практике своей работы астрономы используют телескопы-рефракторы (объектив — линза) и телескопы-рефлекторы (объектив — зеркало). Линзовые телескопы в основном используют с целью наблюдения положений объектов, а зеркальные — для получения и исследования спектров светил. Для этого вместо окуляра помещают спектроскоп. Спектры позволяют получить информацию о физических условиях в атмосферах звезд, планет, о свойствах межзвездных туманностей.

Самые большие современные оптические телескопы — это телескопы-рефлекторы, размеры объектива которых достигают 10 м, например телескоп Кека, который находится на Гавайских островах. Самый крупный российский телескоп находится на Северном Кавказе и имеет диаметр 6 м. Чем больше объектив, тем больше света от слабых объектов он собирает и тем больше разрешение телескопа.

Помимо наземных телескопов, астрономы используют космические телескопы, например телескоп Хаббла с диаметром объектива 2,5 м. Поскольку наблюдениям не мешает атмосфера Земли, этот телескоп дает прекрасные изображения далеких объектов Вселенной. На орбите также работают гамма-, рентгеновские, инфракрасные телескопы. Самыми крупными по размерам являются всепогодные радиотелескопы, например РАТАН 600, который находится на Северном Кавказе, состоит из специальных металлических щитов, расположенных по окружности диаметром 600 м.

Современный телескоп

Ни в коем случае не смотрите в телескоп, бинокль или подзорную трубу на Солнце. Это слишком яркий объект — можно повредить сетчатку глаза. Наблюдают Солнце, построив его изображение на экране. Впрочем, и без телескопа смотреть прямо на Солнце не рекомендуется. Например, для наблюдения солнечного затмения невооруженным глазом следует приготовить плотно закопченное стекло.

Оптические приборы — микроскоп и телескоп — дают возможность увеличить угол зрения на объект, позволяя глазу с помощью окуляра разглядеть либо очень мелкие близкие, либо далекие космические объекты. Увеличение прибора показывает, во сколько раз оптическая система увеличивает угол зрения на предмет. Современная наука использует электронные микроскопы и телескопы больших диаметров или заатмосферные для изучения природы объектов микромира и мегамира.

Литература для дополнительного чтения

  1. Ландсберг Г. С. Оптика / Г. С. Ландсберг — М.: Наука, 1976.
  2. Энциклопедический словарь юного астронома. — М.: Педагогика, 1980.—С. 320.
  3. Большая детская энциклопедия: Вселенная. — М.: Русское энциклопедическое товарищество, 1999. — С. 608.
  4. 1С: Репетитор. Физика — М.: 1 С, 2003.
  5. Открытая физика 2.5. Ч. 2. — М.: Физикон, 2003.

Рейтинг@Mail.ru