例题 01 自制望远镜由远看近 知识清单例题
题目
小明同学学习了凸透镜知识后,想利用两个凸透镜制作一个望远镜。用自制望远镜先观察远处物体后,再来观察近处物体时应适当____(选填“增大”或“减小”)两块透镜之间的距离。
答案与解析
解析
两凸透镜分别作为物镜和目镜。改看较近物体而仍在物镜的实像区时，物距减小，中间实像远离物镜。目镜需要跟随中间像以保持合适观察条件，因此两镜间距适当增大。
本题结论
增大。
外观
显微镜和望远镜
两组透镜接在一起时，第一次形成的像会成为第二次成像的物体。按“物镜先成什么像，目镜再怎样处理”依次分析，比把整套仪器当作一个放大镜更清楚。
一、知识点 理解概念
1. 物镜与目镜
- 物镜：靠近被观察物体的一组透镜。
- 目镜：靠近眼睛的一组透镜。
- 本页以普通复合显微镜和开普勒望远镜的两组凸透镜模型为主；伽利略望远镜的目镜是凹透镜，结构不同。
2. 显微镜的两次成像
| 成像次序 | 哪个对象在成像 | 像的特点 | 类似应用 |
|---|---|---|---|
| 第一次：物镜 | 微小物体 | 倒立、放大的实像 | 投影仪 |
| 第二次：目镜 | 物镜形成的中间实像 | 相对于中间像正立、放大的虚像 | 放大镜 |
| 最后与原物比较 | 两次成像合起来看 | 倒立、放大的虚像 | 不是直接承屏的实像 |
物镜先把原物倒立，目镜相对于中间像正立，并没有再把方向倒回来。因此最后相对原物仍倒立。
在简化模型中，总放大倍数等于物镜与目镜放大倍数的乘积。需要改变成像大小时，必须同时保持中间像位于目镜合适的观察范围，不能只转动一个调节件后就假定像仍清晰。
3. 望远镜为何能看清远物
| 成像环节 | 形成的像或作用 |
|---|---|
| 物镜接收远处物体的光 | 先成倒立、缩小的实像 |
| 目镜观察中间像 | 像放大镜一样增大观察视角 |
| 眼睛的感觉 | 远物细节占据更大的视角，仿佛被拉近 |
物镜的中间像虽然比遥远原物小，却位于眼睛附近，再经目镜作用，进入眼睛的视角增大。因此“物镜缩小”与“望远镜看起来更大”并不矛盾。
开普勒望远镜在观察很远物体、出射光近似平行的常用状态下，两镜间距约为物镜与目镜焦距之和。目镜作有限距离虚像观察时，间距会随调节改变；它不是对任意物距都固定不变的长度。
4. 观察远近变化时怎样调整
| 调整目标 | 先分析的成像变化 | 相应调节 |
|---|---|---|
| 望远镜由较远物体改看较近物体 | 在物镜实像区，物近则中间像远离物镜 | 适当增大物镜与目镜间距 |
| 显微镜希望像更大 | 在物镜放大实像区，物镜靠近物体，中间像更远、更大 | 同时调整目镜与物镜距离，保持合适观察条件 |
讨论限定在仪器可调范围内；望远镜“改看较近物体”不意味着把物体移进物镜焦距以内。
二、考点 方法与例题
1. 两次成像分两步判断
- 指认物镜和目镜，不凭镜筒长短猜测。
- 先判断物镜的物距区间及中间像。
- 把中间像当作目镜的物体，判断第二次成像。
- 最后说明是相对原物还是相对中间像的正倒，避免把两种比较混在一起。
2. 从中间像移动推调节方向
对于两凸透镜望远镜，远物改近物时，先只分析物镜：物距减小，实像像距增大。随后让目镜跟随中间像，维持相同的观察条件，便得到镜间距应增大的结论。
三、坑点 辨析与纠错
1. 倒立就是实像，或望远镜物镜先放大
显微镜最后的像相对原物倒立，却是目镜形成的虚像。望远镜物镜先形成缩小实像，放大观察视角主要依靠后续目镜作用。都要逐次分析，不能套单个凸透镜的一条口诀判断整套仪器。
辨析 01 三条说法分别检查 依据知识清单判断题改编·条件辨析
题目
分别判断下列说法；若需要条件，请补充条件。
①显微镜最终成像与原物相比是倒立的，因此看到的是实像。
②开普勒望远镜先成放大的实像，再成放大的虚像。
③开普勒望远镜的两凸透镜间距，在任何物距下都不大于两透镜焦距之和。
答案与解析
解析
①错误。显微镜物镜先形成倒立放大实像，目镜再形成虚像；最后相对原物倒立，但不能由倒立判成实像。
②错误。开普勒望远镜观察远物，物镜先形成倒立缩小实像，再由目镜放大观察。
③不能作为任意物距下的通则。对很远物体的常用简化模型，中间像接近物镜焦点，两镜间距可近似等于焦距和；作有限距离虚像观察时可略小。若改看较近物体，中间像远离物镜，需要重新调节，不能坚持这个固定上界。
本题结论
①错；②错；③必须限定远物及观察条件，不能无条件使用。
2. 目镜直接把远处原物放大
目镜处理的是物镜形成的中间像。忽略中间像，就无法解释望远镜由远看近时为什么要改变两镜间距，也容易把显微镜第二次成像的“正立”误当成相对原物正立。
3. 把所有望远镜都当作两个凸透镜
本页讨论的是开普勒型的简化结构。伽利略型目镜为凹透镜，不能把本页物镜、目镜的光路与镜间距关系不加区别地套过去。