第5节 跨学科实践：制作望远镜（导学案）初中物理人教版（2024）八年级上册 第五章 透镜及其应用（解析版）

第5节跨学科实践：制作望远镜（导学案）【学习目标】1.理解望远镜的光学原理，包括凸透镜成像规律，能从物理角度解释望远镜如何实现对远处物体的观察。（物理观念）2.运用科学推理和分析能力，设计合理的望远镜制作方案，优化望远镜的结构和性能，培养创新思维和解决实际问题的能力。（科学思维）3.通过自主探究和小组合作，完成望远镜的制作过程，学会收集、分析和处理实验数据，总结制作过程中的经验和教训，提升科学探究能力。（科学探究）4.在制作望远镜的过程中，培养严谨的科学态度和勇于尝试的精神，增强对科学技术的兴趣和热爱，树立正确的科学价值观，认识到科学技术对人类生活的重要影响。（科学态度与责任）【学习重点】1.望远镜的基本构造和成像原理。2.简易望远镜的制作方法。【学习难点】1.理解“视角”与“像的大小”的关系。2.制作过程中镜片间距的调整，需等于物镜与目镜焦距之和。【自主预习】阅读教材P130~135《第5节跨学科实践：制作望远镜》，完成以下问题：1.望远镜的物镜相当于照相机，目镜相当于放大镜。远处的物体经过物镜在焦点附近成倒立、缩小的实像，该像又经过目镜成正立、放大、虚像，使视角可以变很大。2.物体的两端到人眼处所夹的角叫视角。用望远镜观察物体时，望远镜所成的像离我们的眼睛很近,增大了视角，因而通过望远镜能清楚地看到远处的物体。3.自制望远镜时，根据放大倍数的要求，选择适当焦距的凸透镜分别作为物镜和目镜。观察最远处的物体时，两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜的焦距之和。观察较近处的物体时，两块凸透镜间的距离要稍大一些。4.我们的宇宙有上千亿个星系，太阳是银河系中几千亿颗恒星中的一员;地球在离太阳比较近的第三条轨道上，地球是太阳系中的一颗行星。【探究新知】项目提出 科学家利用巨大的天文望远镜接收来自遥远星系的信息。通过分析这些信息，人们对宇宙了解得越来越深入了。根据透镜成像的知识，你也可以自己制作一个如右图所示的望远镜。或许你能用它获得新的发现呢！项目分析1.镜片的选择可以使用家里的放大镜镜片或老花镜镜片并通过平行光测焦距法测出它们的焦距。另外，还可以网购凸透镜片，购买时根据方案选择合适焦距的镜片。由于物镜用来会聚远处传来的光，进入物镜的光越多，成像越清晰因此物镜应选择直径较大的凸透镜。2.望远镜的放大倍率简易望远镜使用单片凸透镜作为目镜和物镜.选择焦距较大的凸透镜作为物镜,焦距较小的凸透镜作为目镜,望远镜的放大倍率可以通过公式n=f物3.设计镜筒可以选择较硬的纸张卷成长筒状作为镜筒或使用能找到的圆纸筒、PVC管等制作镜简.镜简的长度：观察远处景物时,望远镜镜筒的长度约等于物镜焦距和目镜焦距之和；而观察近处景物时，镜筒的长度略大于物镜焦距和目镜焦距之和。项目分析探究一：望远镜的结构和工作原理1.望远镜的作用：观察远方的物体2.构造以开普勒望远镜为例，如右图所示。望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个凸透镜，靠近眼睛的叫作目镜，靠近被观测物体的叫作物镜。3.望远镜的工作原理4.放大倍率如下图所示，此望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之比，即：放大倍率=5.视角（1）概念:视角是从物体两端(上、下或左右)向人眼所引两条直线间的夹角，如图所示.（2）影响视角大小的因素:①物体的大小；②物体与人眼的距离。【典例1】如图甲所示是福建的天文爱好者颜明哲通过纯手工打磨镜片自制的望远镜，该望远镜不仅可以看到8亿公里外的木星，甚至能清晰地看到木星表面的斑纹，图乙是该望远镜内部结构及光路示意图。下列关于该自制望远镜的说法正确的是（）

A．颜明哲通过纯手工磨制的镜片是凹透镜B．看到8亿公里外的木星只利用了光沿直线传播C．清晰看到木星表面的斑纹时物镜的成像原理与照相机相同D．木星到物镜的距离u满足f<u<2f（f为物镜的焦距）【答案】C【详解】A．望远镜的目镜和物镜都是由凸透镜组成，所以颜明哲通过纯手工磨制的镜片是凸透镜，故A错误；B．光线通过望远镜的凸透镜，发生了折射，故B错误；CD．望远镜的目镜相当于放大镜，成正立的放大的虚像，物镜相当于照相机，木星到物镜的距离u满足u>2f，成倒立缩小的实像，故C正确，D错误。故选C。项目实施探究二、设计简易的望远镜1.确定望远镜的放大倍率思考问题：放大倍数越大越好吗？为什么？不是，倍率越大，物体表面亮度越差；视野晃得厉害，很难稳定的看东西。自制望远镜可以采用单片的凸透镜作为目镜和物镜，为了让成像质量好一些，放大倍率不宜过大，取放大倍率2~3倍即可。2.选择物镜和目镜思考问题：（1）为什么物镜直径要比目镜直径大一些?（2）为什么以焦距较大的为物镜、焦距较小的为目镜呢?提示：（1）选择物镜直径要比目镜直径大一些，直径大的物镜集光力越强，分辨率越高。（2）物镜焦距越大，目镜焦距越小，放大倍数就越大。3.设计镜筒（1）计算望远镜伸缩长度的尺寸，镜筒最长伸长为f物＋f目，观察较近处物体时,两块凸透镜间的距离要稍大些。（2）用望远镜对不同远近的物体进行观察时，需要调节两块凸透镜之间的距离。注意：两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜之间焦距的和。探究三、制作和调试望远镜1.制作望远镜根据所选凸透镜的焦距和直径制作镜筒。例如，可以选用如图5.5-5所示的两块凸透镜。其中，物镜的焦距约为20cm，直径约为5cm；目镜的焦距约为10cm，直径约为4cm。想一想：对于图5.5-4的制作方案，你有没有办法减小望远镜两个镜筒间的缝隙？另外，还应注意每段镜筒的长度需合适，以便留出前后调节的空间。制作时，根据凸透镜的焦距、直径等数据，以及对镜筒长度的要求，我们可以利用现成的圆筒状物品（如装羽毛球的筒），也可以通过截取适当尺寸的长方形纸板（如瓦楞纸板或其他材料），并把它卷起来制成镜筒。此外，还要考虑如何把物镜和目镜方便地固定在镜筒上。2.试用与调整把目镜镜筒插入物镜镜筒内，把目镜放到眼前，通过望远镜观察远处的物体。在观察时要通过对镜筒长度的调节，改变物镜与目镜间的距离，直到在望远镜中看到远处物体清晰的像为止。【典例2】（多选）小乐同学准备制作一个简易单筒望远镜，来观看校园内远处的美丽的景物。关于简易望远镜的制作，下列说法中正确的是（）A．应选择直径较大、焦距较大的凸透镜作为物镜B．远处的景物通过望远镜的物镜所成的是放大、倒立的实像、C．若把物镜和目镜的位置互换，仍能看到远处的景物D．观察室外较近处景物时，目镜的镜筒要稍微向后拉以便看到清晰的像【答案】AD【详解】A．简易单筒望远镜看作是由两个透镜组成的，靠近人眼的透镜叫作目镜，靠近被观察物体的透镜叫作物镜，目镜的焦距较短，物镜的焦距较长。故A正确；B．观看远处的景物时，物体发出的光经物镜折射后成缩小、倒立的实像，故B错误；C．若把物镜和目镜的位置互换，不能看到远处的景物，故C错误；D．观察室外较近处景物时，物近像远像变大，视角增大，目镜的镜筒要稍微向后拉以便看到清晰的像，故D正确。故选AD。【探索宇宙】1.使用望远镜探索宇宙的历程(1)意大利物理学家伽利略是第一位把望远镜指向天空的人。1609年,伽利略用自制的望远镜观察天体,以确凿的证据支持了哥白尼的“日心说”。他还是第一个观察到了木星的卫星、太阳黑子和月球上的环形山的人。(2)1846年,科学家用望远镜观测到海王星,海王星的发现为万有引力定律提供了有力的支持。(3)1990年,科学家把哈勃空间望远镜送人太空,使人类观测宇宙的能力空前提高。(4)目前,人类用射电望远镜已能观测到约130亿光年处的宇宙空间情况。2.我们的宇宙宇宙是一个有层次的天体机构系统【课堂总结】【课堂练习】1．小婷翻阅资料和询问老师了解到望远镜原理，制作了简易望远镜，在跨学科实践：制作望远镜课上，小婷制作的望远镜受到老师和同学们的一致好评，那么小婷不是根据以下哪个知识点制作出的望远镜（

）A．它的物镜和投影仪的原理相同B．它的物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像C．它的目镜和放大镜的原理相同D．它的目镜焦距要小于物镜焦距【答案】A【详解】望远镜是由两组透镜组成，靠近眼睛的叫目镜，靠近被测物体的叫物镜；物镜的作用是使物体在焦点附近成倒立、缩小的实像正好落在目镜焦距内的位置，目镜的作用相当于一个放大镜，这个实像经过目镜成一个正立、放大的虚像。A．物镜的作用是成倒立、缩小的实像，与照相机原理相同，与投影仪原理不同，故A符合题意；B．物镜的作用是成倒立、缩小的实像，使两倍焦距以外的物体，成像在一倍焦距和两倍焦距之间，即远处的物体在焦点附近成实像，故B不符合题意；C．目镜的作用相当于一个放大镜，与放大镜原理相同，故C不符合题意；D．望远镜的目镜相当于放大镜，物镜成的像在物镜一倍焦距附近，这个像在目镜在一倍焦距以内，经过目镜成一个正立、放大的虚像，所以目镜焦距要小于物镜焦距，故D不符合题意。故选A。2．“天问一号”火星探测器到达火星，标志着我国在太空探测领域更进一步，为人类探索浩瀚宇宙作出了中国贡献。下列空间尺度最小的是（）A．空间站 B．银河系 C．太阳系 D．火星【答案】A【详解】宏观的宇宙大于宏观的银河系，宏观的银河系大于宏观的太阳系，火星是太阳系里的一个组成部分，空间站比火星小得多，故尺度最小的是空间站。故选A。3．如图所示是同学们自制的望远镜结构图，关于设计简易望远镜，下列说法合理的是（）A．目镜的焦距比较长，物镜的焦距比较短B．目镜的直径应大一些，物镜的直径要小一些C．观察最远处的物体时，两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜的焦距之和D．目镜焦距和物镜焦距的比值越大成像质量越好【答案】C【详解】ABD．望远镜由两组凸透镜组成，为了提高放大倍数、优化光学性能以及便于制造和维护，一般物镜的焦距比较长，直径要大一些，目镜的焦距比较短，直径小一些，且物镜焦距和目镜焦距的比值越大成像质量越好，故ABD不符合题意；C．使用望远镜观察最远处的物体时，被观测物体到物镜的距离远大于物镜的二倍焦距，根据凸透镜成像规律可知远处的物体在焦点附近（像距大于一倍焦距）成倒立，缩小的实像；目镜相当于放大镜，为了提高放大倍数，物镜成的像在目镜的一倍焦距以内但靠近焦点，所以观察最远处的物体时，两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜的焦距之和，故C符合题意。故选C。4．关于如图所示的望远镜，下列说法正确的是（

）A．靠近眼睛的镜片为物镜，靠近被观测物体的镜片为目镜B．它的物镜和目镜都是凹透镜C．它的物镜相当于照相机D．它的物镜成倒立放大的实像【答案】C【详解】A．靠近眼睛的镜片为目镜，靠近被观测物体的镜片为物镜，故A错误；B．它的物镜和目镜都是凸透镜，利用凸透镜成像原理来工作，故B错误；C．望远镜看远处物体时，物体到物镜的距离远大于它的二倍焦距，它的物镜相当于照相机，故C正确；D．它的物镜相当于照相机，成倒立、缩小的实像，故D错误。故选C。5．为了观察太阳系内的各种行星，同学们在老师的指导下制作了开普勒望远镜，小滨制作的望远镜原理如图，该望远镜由两个凸透镜组成，物体经过两次折射成像。其中物镜和目镜的焦距分别为f物​A．生活中与图中目镜工作原理相同的工具是投影仪B．生活中与图中物镜工作原理相同的工具是放大镜C．望远镜的放大倍率为目镜的焦距与物镜焦距之比D．用望远镜看到的月亮比直接用肉眼看到的月亮大【答案】D【详解】A．望远镜目镜相当于放大镜成整理放大的虚像，故生活中与图中目镜工作原理相同的工具是放大镜，故A错误；B．望远镜物镜相当于照相机，物镜成倒立缩小的实像，故生活中与图中物镜工作原理相同的工具是照相机，故B错误；C．望远镜的放大倍率是物镜焦距与目镜焦距之比，故C错误；D．望远镜物镜相当于照相机，物镜成倒立缩小的实像，目镜相当于放大镜成整理放大的虚像，放大的倍数大于缩小的倍数，故用望远镜看到的月亮比直接用肉眼看到的月亮大，故D正确故选D。6．小金购买了一个天文望远镜，他拆解后发现，天文望远镜的目镜和物镜都是凸透镜，查阅资料，找到原理图，如图所示。若物镜的焦距为f1，目镜的焦距为f2，物镜所起的作用相当于是一个（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”），物镜成