跨学科实践：制作望远镜（知识解读）原卷版

5.5跨学科实践：制作望远镜（知识解读）（原卷版）

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•知识点1视角

•知识点2望远镜的原理和制作

•知识点3望远镜与宇宙探索

•作业巩固训练

知识点］：视角©I

知识点讲解

1、视角的概念：从眼睛的中心向物体两端所用的两条直线的夹角。视角的大小不仅和物体

本身的大小有关，还和物体到眼睛的坦离有关。

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（选填“增大”或“减小”），因而通过望远镜能清楚地看到远处的

物体。

典例分析题型分类举一反三

【典例|-1】2016年11月14日夜空山现的“超级月亮”如图所示。下列对“超级月亮”的解释,

你认为比较合理的是（)

A.月亮本身变大了

B.月亮距离我们很近时，视角变大了

C.月亮距离我们很远时，视角变小了

D.月亮变大且距离我们很近

【典例1-2］如图所示是“5G远程驾驶”，三个大屏幕分别显示多个视角及车速等信息。屏幕

上显示的彩色画面是由红、、蓝三种色光混合而成的。被控制的汽车上装有摄

像头，摄像头成像的原理与（填“显微镜〃或“望远镜”）的物镜成像的原理相

同。

【变式1-1】物体在视网膜上所成的像的大小是由视角决定的，下面四种情况中，眼睛感觉

到最高的物体是（）

A.站在20m远处高1.6m的人

B.18m远处一棵高1.7m的小树

C.20m远处高1.7m的栏杆

D.40m远处高1.7m的竹竿

【变式1-21人观察物体时，视角越大，被观察的物体看起来越_______（填“大〃或"小”），且

越_____（填"清楚"或"模糊”）.

知识点2］望远镜的原理和制作

知识点讲解

1、望远镜：望远镜也是由两组凸透镜（目镜和物镜）组成,它的结构特点是物镜的佳距长

而目镜的焦距短。

2、望远镜的成像原理是：物镜的作用是得到远处物体的实像，由于物体离物镜非常远，所

以物体上各点发射到物镜上的光线几乎是平行光束，这样的光线经过物镜汇聚后，就在物镜

焦点以外，在离焦点很近的地方，形成了一个倒立的、缩小的实像。这个倒立的、缩小的实

像又位于目镜的焦点以内，所以目镜起了放大镜的作用，目镜把经过物镜的倒立、缩小的实

像放大成了一个正立的、放大的虚像。这就是远处物体通过望远镜所成的虚像。

3、望远镜对视角的放大：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。

目镜成正立、物镜成倒立、

放大的虚像。缩小的实像。

4、设计简易望远镜

（1）确定望远镜的放大倍率

自制的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，其放大倍率

不宜过大，取放大倍率为2~3倍即可。

（2）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，并根据放大倍数的要求，选择适当

焦距的凸透镜分别作为物镜和目镜。

利用太阳光测量凸透镜的焦距利用平行光测量凸透镜的焦距

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，以便于制作直径合适的镜筒。

由此，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

（3）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。

5.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，可以选用如图所示的两块凸透

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。

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，诵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。

V典例分析题型分类举一反三

【典例2-1】如图所示是显微镜和望远镜原理示意图，下面是关于它们的二次成像的说法正

确的是（）

天文爱好者用的望远镜

A.显微镜先成放大的虚像，再成放大的虚像

B.显微镜先成缩小的实像，再成放大的虚像

C.望远镜先成放大的实像，再成放大的虚像

D.望远镜先成缩小的实像，再成放大的虚像

【典例2-2】显微镜的物镜和目镜都是（选填"凸"或"凹"）透镜，其中物镜的作用相当

于（选填“照相机”或"投影仪”）：如图所示是简易天文望远镜的内部结构，远处的

物体经过物镜成一个倒立的（选填"实''或"虚"）像。

物旗

【变式2-1】如图所示是开普勒望远镜，其物镜和目镜都是凸透镜。下列说法正确的是（）

A.物镜相当于照相机，使远处的物体成像在目镜焦距之内

B.物镜相当于投影仪，把远处的物体先放大，便于观察

C.目镜相当于投影仪，通过FI镜看到的是正立放大的虚像

D.目镜相当于放大镜，把物镜成的放大实像再次放大观察

【变式2-2］如图所示是简易天文望远镜的内部结构。远处的物体经过物镜成一个的

实像，落在目镜的位置；这个实像经过目镜成一个正立、的像。如

果你想制作简易天文望远镜，没有现成的透镜，可以选用合适的（选填“近视〃或

"远视"）镜片来代替,

知识点讲解

1、伽利略望远镜：意大利天文学家、物理学家伽利胳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”。第一个观测

到了木星的卫星、太阳黑子和月球上的环形山。

2、“海王星”的发现：1846年，科学家根据生顿发现的万有引力定律，猜想天王星外还存在

一颗未知的行星。不久，人们用望远镜在预测的位置发现了这颗行星，它被命名为“海王星”。

3、哈勃太空望远镜：为改进对星体的观察，1990年美国向太空发射了一台望远镜，叫哈勃

太空望远镜，可以排除大气层的干扰，使人类观测宇宙的能力空前提高。

4、郭守敬望远镜与“中匡天眼”：我国不仅古代在天文观测上取得了丰硕的成果，在现代也

对宇宙探索作出了很大贡献。2009年,郭守敬望远镜建成,并于2011年启动光谱巡天任务，

成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的望远镜。2020年，中国天眼正式开放运行,

它是目前全球单口径最大、灵敏度最高的射电天文望远镜。

5、我们的宇宙

（1）宇宙：我们的宇宙中拥有上千亿个星系。

（2）银河系：银河系只是宇宙中上千亿个星系中的一个。银河系异常巨大，一束光穿越银

河系需要10万年的时间。

（3）太阳系：太阳不过是银河系中几千亿颗恒星中的一员。太阳周围有水星、金星、地球、

火星、木星、土星、天王星'海王星等行星绕它运行。此外，还有若干其他天体绕太阳转动。

（4）地球：地球在离太阳比较近的第三条轨道上，是太阳系中的一颗直星。

典例分析题型分类举一反三

【典例3-1】下列关于物理学家及其贡献对应正确的是（）

A.哥白尼一一地心说B.伽利略一一观察天体运动

C.牛顿一一相对论D.爱因斯坦一一量子力学

【典例3-2］如图照片是“罗塞塔〃飞船上的数码相机在35千米高度拍摄的彗星表面，我们能

清楚地看到彗星上的岩石是因为光射到岩石表面发生了（选填“镜面〃或“漫"）反

射.若该数码相机的焦距为30mm,则数码相机的感光层（数码相机的感光层相当于普

通照相机的胶片）到境头的距离30mm（选填“大丁〃、"小丁"或"等丁〃）.在地球

上的我们可以借助大型______（填“望远镜”或"显微镜”）观察到该彗星.

【变式3-1】在物埋学发展的漫长历程中，有不少前辈做出了卓越的贡献。下列物理学家与

其贡献不相符的是（）

A.哥白尼提出了日心说B,牛顿是量子力学奠基人

C.爱因斯坦提出了相对论D.伽利略率先用望远镜观察天空

【变式3-2】为了预防近视眼，同学们读写时眼睛与书本的距离应保持在______左右.第一

位用自制的望远镜观察天空的科学家是意大利物理学家.光线通过透镜上的一个

点时，光的传播方向不变，这个点叫作透镜的.

巩固训练

一、单选题

1.如图所示的光学器材不是应用凸透镜成像的是（）

A.照相机B.望远镜C.自行车尾灯D.放大镜

2.首次把望远镜指向太空的科学家是（）

A.牛顿B.伽利略C.阿基米德D.爱迪生

A.甲图：近视眼成像在视网膜前，用凹透镜矫正

B.乙图：远视眼成像在视网膜后，用凹透镜矫正

C.丙图：显微镜的物镜相当丁放大镜，目镜相当丁没影仪的镜头

D.丁图：天文望远镜的物镜相当于投影仪的镜头，目镜相当于放大镜

4.用显微镜和望远镜观察物体时，关于像的倒正，以下说法正确的是（）

A.用显微镜观察时像是正立的，用天文望远镜观察时像是倒立的；

B.用显微镜观察时像是正立的，用天文望远镜观察时像也是正立的

C.用显微镜观察时像是倒立的,用天文望远镜观察时像是正立的；

D.用显微镜观察时像是倒立的,用天文望远镜观察时像也是倒立的

5.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〃满足（/为物镜的焦距）

6.关于如图所示的望远镜，下列说法正确的是（）

B.它的物镜和目镜都是凹透镜

C.它的物镜相当于投影仪

D.它的物镜与显微镜的物镜成像原理相同

7.下列关于透镜的描述中正确的是（）

A.近视眼镜利用了凸透镜对光的会聚作用

B.放大镜与报纸的距离应大于两倍焦距，才可以看到正立、放大的字

C.人眼相当于一架照相机，看物体时，会在视网膜上形成倒立缩小的实像

D.所有的望远镜和显微镜的目镜和物镜都是凸透镜

8.对下列四幅图阐述正确的是（)

甲乙

A.甲图：近视眼成像在视网膜前，成囚是晶状体太厚，折光能力太弱

B.乙图：远视眼成像在视网膜后，用凹透镜矫正

c.丙图：显微镜的目镜相当r放大镜，物镜相当r我影仪的镜头

D.丁图：天文望远镜的目镜相当于投影仪，物镜相当于照相机的镜头

9.我市在重要的位置都安装了“电子眼〃，形成“天网”。关于"电子眼”的光学知识说法正确的

是（）

A."电子眼〃成像原理与显微镜物镜成像原理相同

B.“电子眼〃形成的像是正立的虚像

C.物体距离“电子眼〃越远，所成像越小

D.〃电子眼〃的镜头是凹透镜

io.小明学习光学之后，对光学仪器很感兴趣，下列光学仪器，说法正确的是（：

A.在山道拐弯处安装凸面镜，主要是凸面镜对光有会聚作用，能扩大视野

B.物体经过显微镜和望远镜所成的像都比实际物体大了很多倍

C.近视眼是晶状体太厚，折光能力太强需要戴凸透镜来矫正

D.显微镜的物镜相当于投影仪，成倒立放大的实像，目镜相当于放大镜

二、填空题

11.被誉为经典力学和实验物理学先驱的,率先用望远镜观察天空，由此得到关于天

体运行的结果，支持了著名天文学家、自然科学先驱提出的“日心说〃。（均填科学

家名）

12.望远镜物镜的作用是使远处的物体在附近成实像，目镜的作用相当于一个放

大镜，用来把这个像放大。现代天文望远镜都力求把物镜的口径加大，这样它可

以，使得所成的像更加明亮。

13.为了形象地说明宇宙大爆炸，课本上将一个粘有小金属粒的气球看成宇宙，如图所示,

将看成是宇宙中的天体，气球膨胀时，任一小金属粒周围的其他小金属粒都

在离它远去。表示宇宙中的天体在相互O这里主要运用的一种思维方法是一

（选填"等效法""类比法"或"转换法”）。

14.来自远处物体的光进入望远镜的物镜后，成（选填“倒立”或"正立"）（选

填“放大〃或"缩小〃）（选填“实〃或"虚"）像，这个像成在其目镜的（选填

“二倍焦距以外"、“一倍焦距和二倍焦距之间''或"焦点以内

15.如图，小明用两个焦距不同的凸透镜模拟望远镜观察远处的物体，其中离眼睛较远的凸

透镜可使沅处物体成（诜填“虚像”或"实像〃】，较近的凸透镜相当于生活中的_

（选填"照相机""投影仪"或"放大镜〃）。

三、实验题

16.小明生日时爸爸送给他一台手持单筒望远镜，如图所示。小明阅读说明书。了解到该望

远镜的目镜和物镜都是凸透镜，他想知道目镜和物镜哪个的焦距大，于是他将望远镜的

FI镜和物镜的镜片拆了下来。请你设计实验帮助小明进行比较。

⑴实验步骤：;

（2）实验结论：。

17.项目化学习小组从实捡室找到几只透镜准备自制一只望远镜。

（1）如图甲所示，将某透镜放在点光源与光屏中间，此时屏上呈现一个比透镜尺寸大

的圆形光斑，将光源向（左/右）移动，若观察到现象，则该透镜为凸透镜；

（2）选出一对焦距合适的凸透镜作为物镜和目镜，按照如图乙所示方法组装成一只望

远镜。小明用望远镜观察天空星星时发现镜中视野范围较小，很难找到目标，为此，他

用两块相同的带开口的挡板制作了一个寻星装置，安装在望远镜套筒上后，借助挡板能

快捷寻找目标（图丙所示），并将目标锁定在望远镜视野中，下列设计的各挡板中最适

（3）小明用该望远镜看远处物体时，发现像与物相比较上下、左右都颠倒了，为使看

到的像与物相比不失真，老师建议他将望远镜设计成物镜与目镜不共轴、中部为空腔的

形状（图丁所示），再利用几片小平面镜，安装到中部空腔内以改变光路，可以满足要

求。

小明按照图戊所示方法，将两块平面镜彼此平行安装在空腔中，你认为这样制作能够达

到要求吗？如果能请说明理由；如果不能，请保留图