2024人教版八年级物理上册学案-跨学科实践：制作望远镜（解析版）

2024人教版新教材物理八年级上册同步精讲精炼学案（全国通用）

第五章透镜及其应用

专题5.5跨学科实践：制作望远镜

核心素养学习目标

1.物理观念：（1）了解望远镜的基本结构和原理。

（2）经历制作简单的望远镜的过程。

（3）了解望远镜的发展历程，体会科学技术对社会发展和生活的影响。

2.科学思维：利用对比方法学习物镜与目镜工作原理。

3.科学探究：通过合作交流，通过报刊、网络等进行查阅，以培养他们通过各种公共信息资源收集资料

的能力。学会自制望远镜的过程。

4.科学态度与责任：通过伽利略、牛顿等科学前辈利用望远镜来观测天空事例为契机，让学生学习科学

家探索宇宙的思想方法，培养学生献身科学，勇F发现乐于探究的学习习惯，以及应用物理知识解决

实际问题的能力。

学习重点是知道望远镜的基本结构，原理，能够制作望远镜；难点是理解望远镜的工作原理。

漏知识解读易错警示

一、制作望远镜

望远镜种类很多，其中一种是由两组凸透镜（开普勒望远镜）组成。

1.探究望远镜的原理

【实验器材】两个焦距不同的凸透镜。

【实验步骤】

①先用一个凸透镜（焦距大的）观察窗外远处的物体，注意成像情况。

②再用另一个凸透镜（焦距小的）观察上面得到的物体的像，注意成像情况。

③将两凸透镜的位置对调，再观察远处的物体，对比两次成像的大小。

【分析论证，归纳结论】

①将焦距较大的透镜放在焦距较小的透镜前面，观察物体，物体成倒立、放大的像，远处的物体看上

去放大了（选填像的性质）。

②将两凸透镜的位置对调，将焦距较小的透镜放在焦距较大的透镜前面，再观察远处的物体，物体成

倒立、缩小的像（选填像的性,贡）。

2.望远镜的构造

望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个凸透镜。靠近被观察物体的凸透镜，焦距比较长，

叫物镜。靠近眼睛的凸透镜，焦距比较短，叫做目镜。

物镜

望远镜示意图双筒望远镜

我们见到的普通望远镜和军事望远镜都是双筒的,是双筒望远镜C它的两个镜筒都是拐了弯的.

在拐弯处分别安装了两个“全反射棱镜”。这种设计一方面缩短了镜筒的长度，另一方面经过那两块

棱镜的两次反射也能使本来倒立的像正立过来。

3.望远镜的原理

（1）物镜与目镜

物镜相当于照相机的镜头，使远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像。目镜相当于一个放大

镜，成正立、放大的虚像。两次成像，先缩小，后放大。

（2）望远镜的成像光路图

注意：①目镜把物镜所成的像进行放大。目镜所成的像正倒和大小是相对于物镜所成的像而言的。

最后成像与物体本身比，是倒立、缩小的虚像。

②物镜和目镜的距离等于两个透镜的焦距之和。（由于物体距望远镜的距离很大，第一次成像在物镜

的焦点附近且无限靠近焦点，可以近似地认为在焦点处，要使目镜的放大倍数尽可能最大，则这个像

要在目镜的一倍焦距以内旦尽可能靠近焦点）。

（3）视角

物体距离物镜很远，它的像却离物镜很近，这样的像应该是缩小的，为什么用望远镜观察物体时

会感到像被放大了？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,

视角越大，对物体观察越清楚，

①视角的概念

从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角。视角的人小不仅和物体本身的人小有关，还和

物体到眼睛的距离有关。

②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。

自镜成正立、物镜成倒立、

放大的虚像。缩小的实像。

（4）望远镜的放大倍率

如图所示，这样的望远镜（开普勒望远镜）的放大倍率为n=WfHo其中，f物是物距的焦距,

是目距的焦距。

物镜

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H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。利用本章所学知以测量凸透镜的焦距，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。

40cm

利用太阳光测量凸透镜的焦距利用平行光测显凸透镜的焦距

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、百杼较大的凸透镜作为物镜,隹距较短、育杼较小的凸透镜作为目镜c

（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。

物镜：目镜

Iy

自制望远镜的结构

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，可以选月如图所乐的两块凸透镜。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：对于上图的制作方案，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

它卷起来制成镜的。

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。

6.反思与拓展

（1）通过望远镜看到正立的像的方法

这里制作的望远镜使用了两块凸透镜，观察到的远处物体的像是倒立的，怎样才能通过望远镜看

到正立的像呢？

第一种方法：如图所示，物镜使用凸透镜，目镜使用凹透镜，望远镜所成的像就是正立的了（伽利略

望远镜）。

第二种方法：是使用两个相互平行的平面反射装置把所成的像先上下颠倒一次，再左右颠倒一次。

请你利用上面的方法改进你制作的望远镜，也可以针对你发现的望远镜的其他问题，设计解决的办法,

让你的望远镜更加完善。

二、望远镜与宇宙探索

1.使用望远镜探索宇宙的历程

（1）伽利略望远镜

意大利天文学家、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”。第一个观测到了木星的卫星、太陀黑子和月

球上的环形山。

（2）“海王星”的发现

1846年，科学家根据牛顿发现的万有引力定律，猜想天工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“海土星”。

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伽利略望远镜哈勃太空望远镜

（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“中国天眼”

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。

郭守敬望远镜“中国大眼”

2.我们的宇宙

宇宙是一个有层次的天体结构系统。

（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，是太阳系中的一颗行星。

典fit舐明确考向

考点1.望远镜组成

【例题1】如图所示，该望远镜的目镜和物镜是由两组凸透镜组成的，下列说法正确的是（）

A.第一个用望远镜观测天体并进行绘制的科学家是开普勒

B.日镜的作用相当于投影仪

C.远处景物通过物镜成缩小的像

D.①是物镜，②是目镜

【答案】C.

【解析】A.第一个用望远镜观测天体并进行绘制的科学家是伽利略，故A错误；

B.目镜的作用相当于放大镜，故B错误；

C.望远镜的物镜相当于照相机的镜头，成倒立、缩小的实像，故C正确；

D.靠近眼睛的是目镜，离眼峙较远的是物镜，故D错误。

故选C。

考点2.望远镜原理

【例题2】望远镜的原理是将远处的物体经过物镜在焦点附近成一个像，落在目镜的.

再经目镜使这个像再成一个—像。物镜相当于—，目镜相当于o

【答案】倒立缩小的实，焦点为，正立放大的虚，照相机，放大镜。

【解析】望远镜成像时相当于照相机，将远处的物体经过物镜在焦点附近成一个倒立缩小的实像。

望远镜的目镜相当于放大镜，把物镜所成的倒立缩小实像继续放大，故实像应该落在目镜的焦点内,

成正立放大的虚像。

考点3.望远镜制作

【例题3】如图所示，取两个焦距不同的放大镜，一只手握住一个，把焦距较长的放大镜放在前面远

离眼睛，焦距较短的放大镜放在后面靠近眼睛，通过两个放大镜看前面的物体，调整两个放大镜间的

距离,直到看得最清楚为止。物体是（选填“变大”或“变小”）；若接着把两个放大镜的位

置前后对调，物体是（选填“变大”或“变小”）。

【答案】变大，变小。

【解析】通过两个焦距不同的放大镜演示望远镜成像原理，前面焦距大的凸透镜相当于望远饯的物镜,

使远处的物体在焦点附近成倒立的实像，后面焦距小的凸透镜相当于望远镜的目镜，用来把这个实像

放大，所以我们看到了物体倒立、放大的像。

望远镜的放大倍数等于物镜焦咫除以目镜焦距；若望远镜的两个凸透镜位置颠倒，焦距小的作为物镜,

焦距大的作为目镜，则放大倍数小于1，成缩小的像。

考点4.宇宙及物质世界的尺度

【例题4】下列各物体的尺度，按由大到小的顺序排列正确的是（）

A.地球、太阳、银河系B.银河系、太阳、地球

C.银河系、地球、太阳D.太阳、银河系、地球

【答案】B

【解析】宇宙中拥有数十亿个星系，银河系只是这数十亿个星系中的一个。银河系异常巨大，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，故B符合题意，ACD不符合题意.所以选B。

料方法总结思维进阶

一、加深对望远镜的认识

（1）作用：利用望远镜能看清远处的（大）物体。

（2）组成；有一种望远镜（开普勒望远镜）山两组凸透镜组成。靠近物体的叫物饶，焦距较长；靠

近眼睛的叫目镜，焦距较短。物镜的第二焦点与目镜的第一焦点重合。

（3）原理：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。

（4）视觉效果：望远镜所成的像是缩小的，但是由于“视角”增大，人感觉物体被放大了。

望远镜的直径比我们的眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光，使得所成的像明亮。

还有一种望远镜用凸透镜作物镜，用凹透镜作目镜（伽利略望远镜）。天文望远镜也常用凹面镜

作物镜。望远镜成的是倒立的像，而日常及军用望远镜所成的像是正立的。

二、加深对望远镜的理解

1.望远镜的作用是看清远处的物体，远处的物体经过物镜在物镜的焦点附近成倒立缩小的实像，但

是像离我们的眼睛更近了，该像又落在目镜的一倍焦距以内，再次经过目镜的放大，我们观察像的视

角变大，这样就能观察的清楚了。为了尽可能使第二次成像成得较大，可使望远镜物镜的后焦点与目

镜的前焦点重合。

2.使用望远镜能够看清远处的物体的原因：远处的物体经过望远镜的物镜和目镜后，所成的像还是

比物体本身小，但是视角变得很大；另外，望远镜的物镜直径大，可以会聚足够多的光，使成的像更

加明亮。因此，人眼就能很清楚的看清远处的物体了。

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，物境的焦距

要大于目镜的焦距。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。

（满分100分，答题时间60分钟，根据下面给出的试题答案与解析自测自评）

一、选择题（每小题10分，共60分）

1.在下列四幅图中，每幅图都能展示出一定的物理知识。其中说法错误的是（）

A.甲图反映太阳系由许多行星围绕太阳转动，地球是太阳系中的一颗普通恒星；

B.乙图是伽利略时代的望远镜；

C.丙图是显微镜的结构图。显微镜的物镜相当于幻灯机，成倒立放大的实像，目镜相当于放大镜，

成正立放大的虚像。

D.丁图给出望远镜的物镜相当于照相机，成倒立缩小的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的虚

像。

【答案】A

【解析】A.甲图反映太阳系由许多行星围绕太阳转动，地球是太阳系中的一颗普通行星；

B.乙图是伽利略时代的望远镜；

C.丙图是显微镜的结构图。显微镜的物镜相当于幻灯机，成倒立放大的实像，目镜相当于放大镜，

成正立放大的虚像。

D.丁图给出望远镜的物镜相当于照相机，成倒立缩小的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的虚

像。

2.用凸透镜制作简易望远镜，对望远镜工作原理分析，错误的是（）

A.望远镜的目镜成的是正立放大的虚像

B.望远镜的两个透镜，可以月老花镜的镜片来代替

C.远处的物体经过物镜成的像落在H镜焦点以内

D.望远镜的物镜成的是倒立放大的实像

【答案】D

【解析】ABC.望远镜的物镜与目镜两个透镜都是凸透镜，可以用老花镜的镜片来代替。远处的物体

经过物镜成的像落在目镜焦点以内，目镜成的是正立放大的虚像，故ABC正确，不符合题意；

D.望远镜的物镜成的是倒立缩小的实像，像在一倍焦距到两倍焦距之间，故D错误，符合题意。

故选D。

3.2016年11月14日夜空出现的“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

【答案】B

【解析】超级月亮是指月亮距离地球最近的状态，此时，月亮围绕地球转动，到达离地球最近的地方,

距离我们最近，使视角增大，所以我们看到的月亮好像比平时的增大了。实际上月亮本身的大小不变。

故选Bo

4.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

【答案】B

【解析】历史上第一次尝试进行光速的测量，也是第一个把望远镜用于天文学研究的物理学家是伽利

略，故ACD不符合题意，B符合题意。

故选Bo

5.下列说法不正确的是（）

A.1609年,意大利物理学家伽利略首次用望远镜观察天体,支持了哥白尼的“日心说”。

B.1846年，根据牛顿发现的万有引力定律,发现了“海王星”。

C.1990年，“哈勃”太空望远镜的升空,使人类观测宇宙的能力空前提高。

D.银河系是宇宙星系中的一员,太阳是银河系恒星中的一员，太阳周围有八大行星，地球在第四条轨道

上。

【答案】D

【解析】A.1609年，意大利物理学家伽利略首次用望远镜观察天体，支持了哥白尼的“日心说”。

氏1846年，根据牛顿发现的万有引力定律,发现了“海王星”。

C.1990年，“哈勃”太空望远镜的升空,使人类观测宇宙的能力空前提高。

D.银河系是宇宙星系中的一员，太阳是银河系恒星中的一员,太阳周围有八大行星，地球在第三条轨

道上。

6.要想用天文望远镜观察到较暗的星，可行的办法是

A.增大口镜的焦距B.增大物镜的焦距

C.增大目镜的直径D.增大物镜的直径

【答案】D

【解析】望远镜是由两组透镜组成，靠近眼镜的叫目镜，靠近被测物体的叫物镜，物镜的作用是物体

在焦点附近成实像，要想观测到较暗的星，可以将天文望远镜的物镜口径做得较大，这样可以会聚更

多的光线，从而看的更清晰，故ABC不符合题意，D符合题意.

二、填空题（每空1分，共21分）

1.望远镜是用来观察一物体的一种光学仪器。靠近眼睛的凸透镜叫做—镜；靠近被观测物体的

叫—镜。物镜使远处的物体在—附近成实像，目镜相当于一个—镜，用来把这个像放大。

【答案】远方目物焦点放大

【解析】望远镜是观察远方物体的一种光学仪器。

目镜与物体根据位置进行区分，靠近眼镜的叫目镜，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，目镜相当于一个放大镜，成正立、放大的虚像。

2.望远镜由—目镜和物镜组成，物镜、目镜都是凸透镜，它们使远处物体先成实像，

后成虚像。

【答案】目镜物镜，凸透镜。

【解析】望远镜由目镜和物镜组成，物镜、目镜都是凸透镜，它们使远处物体先成实像，后成虚像。

物镜使物体成缩小、倒立的实像（相当于照相机）；目镜的作用像一个普通放大镜，以物镜成的实像

为物，成一个正立、放大虚像，

3.有一种望远镜是由两组透镜组成的，靠近眼睛的叫目镜，它的作用相当于一个镜，成、

_____的—像；靠近被观测物体的叫物镜，它的作用是使远处的物体成、的像.

【答案】放大：正立；放大；虚：倒立；缩小；实.

【解析】本题中所说的望远镜是由两组透镜组成，靠近眼镜的叫目镜，靠近被测物体的叫物镜.目镜

相当于一个放大镜，成正立、放大的虚像；

物镜的作用是使物体在焦点附近成倒立、缩小的实像.

4.现有两个焦距分别为50cm和200cm的凸透镜，如果要用这两个凸透镜做一个开普勒望远镜，需

要准备一个cm长的镜笥.

【答案】250

【解析】用两个焦距不同的凸透镜可以制成开普勒望远镜：H镜焦距较短，物镜焦距较长，故物镜焦

距200cm,目镜焦距50cm,物体通过物镜成像在物镜的焦点附近，同时向也在目镜的焦点以内，所

以镜筒长度应为250cm.

开普勒望远镜：目镜、物镜都是凸透镜，目镜焦距较短，物傥焦距较长。

5.为纪念伽利略将望远镜用于天文观察四百周年，联合国将2009年定为天文年。伽利略望远镜利用

了凸透镜成像的原理，它是由两组透镜组成的。靠近被观测物体的叫作，靠近眼睛的叫

作°前者的作用与相同。

【答案】物镜目镜照相机

【解析】望远镜的目镜和物镜都是凸透镜，望远镜是由两组凸透镜组成的，靠近眼睛的叫巨镜，靠近

被观测物体的叫物镜。

物镜的作用相当于一个照相机，被观测物体在物镜（凸透镜〕的二倍焦距以外，成倒立缩小的实像；

这个倒立缩小的实像正好落在目镜的一倍焦距内的位置，又通过目镜（凸透镜）成一个正立、放大的

虚像。

6.市面上有许多很便宜的玩具望远镜，几个同学合买了一个回来进行探究：

先将目镜放在眼睛前面观察前面的景物，然后将望远镜掉个头，将物镜放在眼镜前面观察前面的

景物，你两次观察到的景物是否相同？与出区别：眼睛观察目镜：；眼睛观察物镜：O

【答案】物体变大变近了物体变小变远了

【解析】玩具望远镜是采用一个凸透镜和一个凹透镜的结构，凸透镜即物镜距离物体的距离时比较大,

远远的大于二倍焦距，成倒立的缩小的实像，这个实像在凸透镜的另一侧的一倍焦距和二倍焦距之间，

又恰好成在凹透镜（目镜）的一倍虚焦距和二倍虚焦距之间，通过凹透镜的折射，在凹透镜的另一侧

成一个倒立的放大的虚像,倒立再倒立，就成了正立的像了；所以眼睛观察目镜时是望远镜的正常使

用，现象是:物体变大变近了。

若将望远镜掉头，物体在凹透镜的二倍焦距之外，就会在凹透镜的另一侧成一个倒立的缩小的虚

像，这个虚像又恰好在目镜（凸透镜）的一倍焦距和二倍焦距之间，凸透镜就会把这个像放大，但放

大倍数肯定没有正放时大，所“眼睛观察物镜时现象是：物体变小变远J'。

三、综合能力题（共19分）

1.（7分）阅读短文，回答问题。

望远镜的发明

17世纪初，荷兰制造眼镜的技术已经很精湛了，主要的工艺是磨制凸透镜和凹透镜.人们经常

与凸透镜和凹透镜打交道，用它们可以矫正远视眼和近视眼，但是人们从来都没有想到把透镜和透镜

放在一起组合起来使用。1608年的一天，在荷兰眼镜制造商汉斯的作坊里，一位学徒无事拿着两个

磨制好的透镜片在眼前对着看，结果惊奇地发现远处的物体变得近在眼前而且非常清晰，便把这件怪

事告诉了老板汉斯。汉斯马上试验证实了这种现象，为了更便于观察，他把这两个透镜片装在一个筒

里，称之为“窥镜”，这就制成了人类历史上第一架望远镜。正是有了望远镜的帮助，荷兰舰队能在

敌舰发现他们之前就先行发现敌舰的动向，取得了战争的t