有趣的天体物理.doc

有趣的天体物理 第1课：运用天文望远镜进行天文观测 教学目的： 1．了解常见的天文现象； 2．初步学会运用天文望远镜进行天文观测，扩展学生知识面； 3．培养学生热爱科学，勇于探索的精神。 课时安排：1课时 教学过程： [介绍常见的望远镜种类] 简易的天文望远镜一般由物镜、物镜镜筒、目镜、寻星镜等部分组成。望远镜主要有折射式、反射式与折反射式三种类型。 1． 折射望远镜的物镜是凸透镜。天体的光线通过物镜聚集在焦平面上成像，然后由目镜放大。 2．反射望远镜的物镜是凹面反射镜，天体的光线经过它的反射，投射在一个小反射镜斜镜上，经斜镜的又一次反射，再由目镜放大。 3．折反射望远镜基本上就是一架反射望远镜，仅在物镜前面加一个特制的改正透镜，用来克服反射望远镜有像差这一最大的缺点。 [利用光学原理分析天文望远镜的性能] 用天文望远镜观测星空的人，首先得掌握一定的天文望远镜和天文学的基础知识。望远镜的性能主要由以下几个方面来反映： 1．有效口径和相对口径 物镜中心到焦点的距离叫做物镜的焦距，用符号F表示。物镜的直径没有被框子和光阑挡住的部分叫做物镜的有效口径，用符号D表示。天文望远镜的性能主要就是以这两个数据为标志。有效口径与焦距的比叫做相对口径，用符号A表示。即：A＝D/F，其中D、F用毫米作单位。 2．放大率 望远镜的物镜焦距(F)与目镜焦距(f)之比,叫做望远镜的放大率，用符号M表示。 一架天文望远镜通常配有好几个不同焦距的目镜，从而可得到几种不同的放大倍率。比如当望远镜的物镜焦距为840毫米，目镜的焦距是10毫米，那么放大率就是84倍，若另一目镜的焦距为20毫米，则望远镜的放大率就是42倍了。 但是望远镜倍率的提高是有一定限度的，这就是望远镜的有效倍率。如果选用过高的倍率，成像就会变暗，观测效果反而不好。对普通天文望远镜来说，最高有效倍率约是口径的2倍。例如，望远镜的口径是80mm时，最高有效倍率是160倍左右；口径是100mm时，最高有效倍率为200倍左右。 3．集光力 光线是通过瞳孔进入人眼的，人眼只能收集到相当于瞳孔面积范围的光。在暗处时，人眼的瞳孔直径一般约为7mm。因此，就把望远镜物镜的有效面积相对于瞳孔面积的倍数叫做集光力。即：集光力=(D*D)/(7*7)，其中D用毫米作单位。 4．分辨率 由于光的衍射作用，天体在望远镜中所成的像，会成为一个小圆盘。如果两颗星星接近到刚刚能分辨出来，它们的最小角距就叫做分辨率，用符号θ表示，单位为角秒。望远镜分辨率同物镜有效口径的关系可粗略表示为：θ=140/D，其中D用毫米作单位。对于天文观测来说，分辨率往往比放大率更重要。 5．极限星等 在晴朗无月的夜晚，用望远镜能够看到的最暗的星等，叫做这架望远镜的极限星等，用符号Me表示。Me的数值主要决定于物镜的有效口径，有一个经验公式可供参考： Me＝7.1＋51gD，其中D用厘米作单位。当然这是理论数值，由于大气层及观测者视力等因素的影响，实际数值和计算值不一定一致。 6．视场 在望远镜中能够看到的天空区域的角直径叫做视场。用符号ω表示。对于一架望远镜来说，视场同目镜的焦距有关，目镜的焦距越短，望远镜的现场越小。换句话说，望远镜的放大率越大，视场就越小。 天文望远镜的相对口径越大，聚光能力就越强，通过望远镜看到的天体就越明亮。另外，在物镜焦距不变的情况下，有效口径越大，相对口径也就越大。显然，有效口径越大，望远镜的性能就越好。也就是说，天文望远镜的性能好坏，主要由口径来决定。 [实习] 利用望远镜进行观测 [作业] 搜集资料：了解天文观测的历史；了解人类认识宇宙的过程；了解常见的天文现象。 第2课：太阳的黑子观测 教学目的： 1．了解太阳概况； 2．初步学会进行太阳黑子观测的一般方法。 教学过程 [课前准备] 查阅资料，了解太阳概况，观测前清同学们就自己掌握的一手材料进行交流。 [介绍注意事项] 1．不能直接用肉眼上观看太阳，因为太阳的强光会把眼睛刺痛。必须用涂了浓墨的玻璃遮住眼睛去看太阳，而且不能看太长时间。肉眼所能看到的太阳是非常小的，太阳表面的情况及变化必须用天文望远镜观测。 2．太阳就好象生物一样，每时每刻都在活动着。太阳表面的黑子数量和太阳的活动有密切关系太阳活动越频繁，黑子数目就越多。因此，根据长时间连续观测的黑子的变化情况，就可以研究太阳温度的变化。 3．观测太阳黑子所必需的物品 用口径5－10cm的小型天文望远镜，就可以对太阳的黑子进行充分的观测了。观测太阳黑子常用有专用镜片的反射式望远镜，最好配备投影板。当然，也可使用有普通物镜的折射式望远镜。 为了便于对太阳进行观测，须准备如下一些小附件。 （1）太阳投影板：对折射式天文望远镜来说，作为附件的投影板，通常在出厂时就配备好了。这种装置安装简单方便，安装好后不会晃动