《跨学科实践：制作望远镜》教案

PAGEPAGE6《跨学科实践：制作望远镜》教案课堂互动探究巩固复习教师引导学生复习上一节内容，并讲解布置的作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.新课导入PPT展示各种望远镜图片.在探索宇宙的过程中，人类离不开什么观测仪器呢？对，那就是望远镜．仰望灿烂的星空，借助望远镜可以将遥远的星空拉近一些．为什么望远镜可以帮助人看得更远呢？今天这堂课我们就研究望远镜的光学原理，并制作简易望远镜.进行新课知识点1了解望远镜的基本原理1.望远镜教师播放PPT,学生查阅相关资料.总结：望远镜有不同的类型，其中有一种望远镜是由两组凸透镜组成的.靠近眼睛的叫作目镜，靠近被观察物体的的叫作物镜.物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像，目镜的作用相当于一个放大镜，用来把这个像放大.【学生实验】取两个焦距不同的放大镜，一只手握一个放大镜，焦距短的放在眼前作为目镜，焦距长的作为物镜.远离眼睛，通过两个透镜看前面的物体，调整两个放大镜间的距离，你会发现什么现象呢？【现象分析】利用距离物体较近的凸透镜使远处的物体成缩小的实像，这个实像再经过距离眼睛较近的凸透镜放大，就能看清楚较远处的物体了．【教师提问】这就是自制简易望远镜了．你能总结望远镜的结构及成像特点吗？【教师总结】备课笔记拓展延伸进行新课【教师PPT展示】成像光路图，并播放视频总结望远镜的相关知识．视角与望远镜的放大倍率【教师提问】细心的同学可能会有疑问：物体距离物镜很远，它的像却离物镜很近，根据前面探究的结果，这样所成的像是缩小的，为什么使用望远镜观察物体时会感到物体被放大了呢？【点拨】原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”的大小十分重要.视角的大小不仅和物体本身的大小有关，还和物体到眼睛的距离有关.望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用，视角就可以变得很大.【教师PPT展示】影响视角的因素：物体大小与物体远近．记忆口诀：距定物大视角大，物定距大视角小．【教师板书】1.视角的定义：从物体从物体两端向人眼所引的两条直线的夹角.2.视角的影响因素:视角的大小与物体本身的大小和物体到眼睛的距离有关.物体越大，物体距离眼睛越近，视角越大.3.开普勒望远镜的放大倍率:分析表明，开普勒望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之比.备课笔记深度理解被观察的物体通过望远镜，第一次成倒立、缩小的实像，“倒立”是相对于物体而言的；第二次成正立、放大的虚像，“正立”是相对于第一次所成的像而言的.所以人眼通过望远镜看到的是物体倒立的像.深度理解使用望远镜时感觉物体被放大的原因我们感觉到物体的大小取决于被观察的物体对眼睛所成的视角的大小.望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用，视角就可以变得很大，所以感觉物体被放大了.进行新课拓展显微镜显微镜的构造物镜的作用相当于投影仪的镜头，被观察的物体经物镜成一个倒立、放大的实像，该像落在目镜焦点以内；目镜的作用相当于一个放大镜，把物镜所成的实像再次放大.两次放大后，我们就可以看清肉眼看不见的微小物体，如图所示.知识点2设计与制作简易望远镜【项目提出】科学家利用巨大的天文望远镜接收到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，同学们也可以自己制作一个如图所示的望远镜.【项目分析】要自己制作望远镜，同学们需要完成以下任务.1.了解望远镜的基本原理.2.设计一个望远镜，能够用它观察校园内远处的物体.3.根据你的设计方案，选用合适的器材，制作一个望远镜.【项目实施】设计简易望远镜自制的望远镜可以采用单片的凸透镜作为目镜和物镜.(１)确定望远镜的放大倍率:为了让成像质量好一些，其放大倍率不宜过大，取放大倍率为2~3倍即可.进行新课选择物镜和目镜:望远镜的物镜和目镜可以选择老人阅读用放大镜的镜片，也可以使用老花镜的镜片，还可以直接购买凸透镜.利用本章所学知识测量凸透镜的焦距，并根据放大倍率的要求，选择适当焦距的凸透镜分别作为物镜和目镜.在选择两块凸透镜时，除了需要满足焦距的要求，物镜的直径还要比目镜的直径大一些.测量凸透镜的直径，以便制作直径合适的镜筒.应选择焦距较长、直径较大的凸透镜作为物镜，焦距较短、直径较小的凸透镜作为目镜.设计镜筒:在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间的距离.如图所示，镜筒可以设计成两段，让物镜的镜筒较目镜的镜筒粗一些，这样套在一起，便于在使用时调节.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.2.制作及调试望远镜(１)制作:根据所选凸透镜的焦距和直径制作镜筒.例如，可以选用焦距约为20cm,直径约为5cm的物镜；焦距约为10cm,直径约为4cm的目镜.同学们可以想一想：对于上图所示的制作方案，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.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.(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.【展示交流】同学们向其他同学展示自己的成果，介绍你的制作方案，分享你的收获.例如，在制作望远镜的过程中，你发现了哪些问题？你是如何改进的？还要倾听其他同学的讲解，看看对你有什么启发.同学之间相互评价，比一比谁的望远镜更完善.综合训练一、选择题1.如图所示的水晶球是小明暑假研学过程中获得的奖品,妈妈提醒小明不要把它们放在向阳的窗台上,因为水晶球相当于()A.凸透镜 B.凸面镜C.凹透镜 D.凹面镜2.下列光学器材中没有用到透镜的是()A.手机镜头 B.显微镜 C.潜望镜 D.望远镜3.小明长时间盯着手机屏幕,导致视力下降,患上了近视眼,现在有甲、乙、丙、丁四种镜片,下图是光照射到这四种镜片上产生的现象,他应该选择的矫正镜片是()4.小华用一架焦距不变的照相机先后拍摄了赣州郁孤台的美景,所拍摄的照片分别如图甲和乙所示。从拍摄甲照片到拍摄乙照片,下列说法正确的是()A.靠近郁孤台,并使镜头往里缩 B.远离郁孤台,并使镜头往外伸C.甲的物距比乙大,甲的像距比乙小 D.甲的物距比乙小,甲的像距比乙大5.微雕是中国传统工艺美术中的袖珍艺术品。小明利用焦距为20cm的放大镜在铅笔芯上进行雕刻练习。小明用这个放大镜雕刻时()A.笔芯与放大镜之间的距离应等于20cmB.笔芯与放大镜之间的距离应小于20cmC.通过放大镜看到的是倒立、放大的虚像D.通过放大镜看到的是正立、放大的实像6.2023年10月26日,神舟十七号成功对接空间站天和核心舱前向端口。如图所示,这是对接过程中空间站上摄像机拍摄的照片。下列说法正确的是()A.摄像机的镜头相当于凸面镜B.摄像机的成像特点与投影仪的相同C.神舟十七号通过摄像机成正立、缩小的实像D.神舟十七号靠近空间站时,它在摄像机上成的像逐渐变大7.小明把蜡烛移至凸透镜的焦距以内,然后透过凸透镜直接观察蜡烛,那么他将看到烛焰成像的情形是图中的()8.一凸透镜焦距是10cm,发光物体放在离透镜中心16cm处,可在光屏上得到一清晰的像,如把物体移动7cm,则成像情况()A.一定是倒立、缩小的实像B.可能是倒立、缩小的实像,也可能是虚像C.一定是倒立、放大的实像D.可能是倒立、放大的实像,也可能是虚像9.物体放在凸透镜的主光轴上,当物体离透镜16cm时在光屏上观察到放大的像,则该凸透镜的焦距f可能是()A.5cm B.12cm C.16cm D.32cm二、填空题10.将矿泉水瓶遗弃野外易引起山火,是因为瓶中的水相当于,可会聚太阳光引燃干草或枯枝。隔着薄膜上的水滴看很近的字,会看到通过水滴形成正立、放大的像(具体描述像的性质);如果想让看到的字再变大点,应让水滴(选填“靠近字”“远离字”或“面积增大”)。

11.如图所示,小明在项目学习的过程中自制了一架照相机模型,使用的凸透镜焦距为8cm。小明在教室里,用它观察窗外的树木,前后移动内纸筒,在半透明膜上可以看到树木(选填“倒立”或“正立”)的像。小明位置不变,用它观察窗户时,为再次成清晰的像,半透明膜应(选填“靠近”或“远离”)凸透镜。

12.小麦在家拿同一个放大镜观察书本上“中学物理”四个字,得到如图所示的两种情境。图(选填“甲”或“乙”)看到的是字的实像,此时放大镜和书本的距离(选填“小于焦距”“大于焦距小于2倍焦距”或“大于2倍焦距”),从图甲到图乙的变化过程中,放大镜是逐渐(选填“靠近”或“远离”)书本的。

13.如图所示,透过手表表盘上光滑透明凸起部分,能清楚地读出日期信息,光滑透明凸起部分相当于(选填“凸”或“凹”)透镜,透过它看到的是日期数字(选填“放大”或“缩小”)的(选填“实”或“虚”)像。

三、作图题14.图甲是使用放大镜看手指的情境,图乙是其简化光路图。点S表示手指的位置,点S'表示手指的虚像位置,光线SA是由点S发出的一条平行于凸透镜的主光轴的光线,请在图乙中作出SA的折射光线,并确定凸透镜右侧焦点F的位置。15.根据入射光线的折射光线,在图中的虚线框内画出适当类型的透镜。四、实验探究题16.某学习小组探究凸透镜成像的规律,进行了如下操作:甲乙(1)安装并调节发光二极管F、透镜、光屏,使它们的中心大致在。

(2)通过探究,记录并绘制了物距u与像距v之间的关系图像,如图甲所示,则该凸透镜的焦距是cm。

(3)当发光二极管F放在如图乙所示位置时,调节光屏,可在光屏上得到一个清晰的像,生活中的(选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是利用这样的成像原理工作的。

(4)在图乙中,小明借来物理老师的眼镜,将其放在发光二极管F和凸透镜之间,发现光屏上原本清晰的像变模糊了,向右移动光屏,光屏上的像又变清晰,说明老师戴的是(选填“近视”或“远视”)眼镜。

17.小飞同学做探究凸透镜成像规律的实验。(1)小飞按图甲安装好器材,调整、凸透镜(f=10cm)、光屏三者的中心在同一高度。

(2)如图甲所示,光屏上会出现发光二极管F缩小、(选填“正立”或“倒立”)的清晰的像;透镜位置保持不变,将发光二极管F移动到光具座35cm刻度处,光屏向(选填“左”或“右”)移动到适当位置,光屏上又重新出现发光二极管F清晰的像;将发光二极管F移动到光具座42cm刻度处,小飞在凸透镜的右侧,通过凸透镜观察到发光二极管F正立的像,发光二极管F继续靠近凸透镜,发光二极管F的像(选填“变大”或“变小”)。

(3)将一个眼镜片放在图甲中发光二极管F和凸透镜间的某一位置,光屏上的像变模糊了,凸透镜和光屏的位置保持不变,向左移动发光二极管F,又能在光屏上看到发光二极管F清晰的像,说明该镜片是(选填“凸透镜”或“凹透镜”)。

(4)完成实验后,小飞利用图乙所示装置探究光的反射规律。白色硬纸板ENF垂直于水平放置的平面镜,法线ON垂直于镜面,使一束光贴着纸板沿EO射到O点,反射光线沿OF射出,当入射光线远离法线时,反射光线将(选填“靠近”或“远离”)法线。如图丙所示,把纸板NOF向后折,在纸板上看不到反射光线,由此初步得出:反射光线、入射光线、法线在平面内。

五、解答题18.小明同学与小亮同学讨论光学中有关放大镜的问题。小明同学说:“通过放大镜用眼睛观察物体,总是比实际物体大,所以叫放大镜。”小亮同学说:“物理规律需要条件,如果条件合适,通过放大镜用眼睛观察物体,还可以看到比实际物体小或等大的物体。”你认为他们的说法哪个正确。请利用学习过的光学知识,作出正确的解释。综合训练1.A解析:水晶球中间厚、边缘薄,相当于一个凸透镜,凸透镜可以会聚光,若水晶球放在向阳的窗台上,容易引发火灾。故选A。2.C3.B解析:由图可知,像成在了视网膜的前方,为近视眼,需要佩戴凹透镜矫正,凹透镜对光具有发散作用,B选项中,入射光为会聚光,出射光为平行光,说明镜片乙对光有发散作用,所以镜片乙为凹透镜;镜片甲、丁为凸透镜,镜片丙为平面透镜。故选B。4.C解析:凸透镜成实像时,物远像近像变小;先拍甲照片再拍乙照片,像变大,像距变大,物距变小,所以照相机靠近郁孤台,并使镜头往外伸,故C正确。5.B解析:放大镜成正立、放大的虚像,满足u<f=20cm,所以笔芯与放大镜之间的距离应小于20cm,故B正确。6.D解析:摄像机的镜头相当于凸透镜,摄像机是利用凸透镜成倒立、缩小的实像,投影仪是利用凸透镜成倒立、放大的实像原理制成的,两者的成像原理不同,故A、B错误。神舟十七号通过摄像机成倒立、缩小的实像,故C错误。凸透镜成实像时,物近像远像变大,神舟十七号靠近空间站时,它在摄像机上成的像逐渐变大,故D正确。7.C解析:当物距小于焦距时,物体通过凸透镜在蜡烛的同侧成正立、放大的虚像,且像距大于物距,只有选项C中所示的情况符合这个规律。8.B解析:凸透镜的焦距为10cm,蜡烛原来放在离凸透镜16cm的主光轴上;若将物体沿主光轴向靠近凸透镜方向移动7cm,此时的物距为9cm,物距小于焦距,则物体通过凸透镜成正立、放大的虚像;若将物体沿主光轴向远离凸透镜方向移动7cm,此时的物距为23cm,物距大于2倍焦距,则物体通过凸透镜成倒立、缩小的实像。故选B。9.B解析:在凸透镜成像时,得到的实像都可以用光屏承接,所以在光屏上得到一个倒立、放大的实像,即2f>u>f,v>2f;而透镜到物体的距离为像距,即2f>16cm>f,解得8cm<f<16cm,只有B选项符合条件。10.凸透镜虚远离字解析:盛水的矿泉水瓶相当于一个凸透镜,可以将射来的太阳光会聚在一点,会聚点的温度比较高,可能会引起火灾。一滴水滴在平铺的塑料纸上,水滴中间厚边缘薄,形成水凸透镜。字在凸透镜的焦距以内,成正立、放大的虚像。想让字更大一些,像变大,则物距也要变大;需要凸透镜远离字,但物距始终要小于焦距;面积大,凸出程度小,焦距变大,远离焦点,像变小。11.倒立远离解析:小明在教室里,用它观察窗外的树木,前后移动内纸筒,此时物距大于2倍焦距,在半透明膜上可以看到树木倒立、缩小的像;小明位置不变,用它观察窗户时,物距变小,像距变大,为再次成清晰的像,半透明膜应远离凸透镜。12.乙大于焦距小于2倍焦距远离解析:甲图成正立、放大的虚像,此时的物距小于焦距;乙图成倒立、放大的实像,物距大于焦距小于2倍焦距;所以从图甲到图乙的变化过程中,放大镜是逐渐远离书本的。13.凸放大虚解析:透明凸起的部分中间比边缘厚,是凸透镜,其作用相当于一个放大镜,手表数字在凸透镜的焦距以内,则成正立、放大的虚像。14.如图所示解析:平行于主光轴的光线经凸透镜折射后,折射光线过透镜的焦点,连接S'、入射光线与透镜的交点,然后延长,与主光轴的交点为焦点的位置。15.如图所示解析:图中会聚的光经透镜折射后变得发散,因此该透镜对光起发散作用,为凹透镜。16.(1)同一高度(2)5(3)照相机(4)近视解析:(1)根据实验的要求,让像成在光屏的中心,必须使发光二极管F、凸透镜和光屏三者的中心放在同一高度上。(2)由图像可知,u=v=2f=10cm,所以f=5cm。(3)当发光二极管F放在如图乙所示位置时,物距为15cm,焦距为5cm,此时的物距大于2倍焦距,调节光屏,能在光屏上得到一个倒立、缩小的实像,其应用是照相机。(4)将老师的眼镜靠近凸透镜左侧,发现光屏上的像由清晰变模糊,向右移动光屏又发现清晰的像,说明老师所戴眼镜的镜片对光起了发散作用,为凹透镜;近视眼是远处物体的像不能呈现在视网膜上,而是呈现在视网膜的前方,因此需佩戴凹透镜才能看清远处的物体。17.(1)发光二极管F(2)倒立右变小(3)凹透镜(4)远离同一解析:(1)实验前,调整发光二极管F、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度,目的是使发光二极管F的像成在光屏中央。(2)由题图甲可知,此时物距为30.0cm,像距为15.0cm,凸透镜焦距f=10cm,所以物体在2倍焦距以外,像在焦距与2倍焦距之间,成倒立、缩小的实像。透镜位置保持不变,将发光二极管F移动到光具座