5.5 跨学科实践：制作望远镜（教学课件）-【上好课】八年级物理上册同步高效课堂（人教版2024）

第五章 透镜及其应用 望远镜被誉为“洞察宇宙的眼睛”。从伽利略开始用自制望远镜观察月亮，到现在科学家用巨大的郭守敬望远镜探测遥远的星系，望远镜在人类认识宇宙的过程中作出了重大的贡献。 许多光学天文望远镜和日常生活中使用的望远镜中都有透镜。透镜对光有哪些作用呢?透镜成像又有哪些规规律呢┈┈ 第5节 跨学科实践：制作望远镜 说明 ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约80MB. 本ppt共有47张、3段视频，可根据需要选择点播. 本ppt使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放. 视频 资源 ①视频讲解—《模拟望远镜》 ②视频讲解—《开普勒望远镜原理》 ③视频讲解—《自己动手制作天文望远镜》 免责 声明 ppt中的部分视频来源于自有媒体，其版权归原作者所有，如涉及版权问题，请及时联系我们删除。 致 老师同学 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。如图所示，你能根据透镜成像的知识，自己制作一个望远镜吗?或许你能用它作出新的发现呢! 第5节 跨学科实践：制作望远镜 导入新课 01 了解望远镜的基本原理。 02 设计一个望远镜，能够用它观察校园内远处的物体。 03 根据你的设计方案，选用合适的器材，制作一个望远镜。 学习目标 第5节 跨学科实践：制作望远镜 制作望远镜 01 望远镜与宇宙探索 02 课堂总结 03 提升训练 05 练习与应用 04 第5节 跨学科实践：制作望远镜 制作望远镜 一 第5节 跨学科实践：制作望远镜 【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. 用凸透镜观察物体 1. 探究望远镜的原理 望远镜的基本原理 一 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（图甲）。 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，（图乙）。 【分析论证，归纳结论】 图乙 图甲 望远镜的基本原理 一 演示实验——《模拟望远镜》 望远镜的基本原理 一 2. 望远镜的构造 望远镜的基本原理 一 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。 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， 也叫作开普勒望远镜。 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。 远处物体射来的光 （2）望远镜的成像光路图 物镜：相当于照相机的镜头，成倒立、缩小的实像 目镜：相当于放大镜， 成正立、放大的虚像。 物镜 目镜 F目 F物 F目 F物 望远镜的基本原理 一 （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？ ①视角的概念 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。 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。 望远镜的基本原理 一 物镜成倒立、 缩小的实像。 目镜成正立、 放大的虚像。 物镜 目镜 焦点 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。 α 视角变大 远处物体 望远镜的基本原理 一 （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=f物/f目。 其中，f物是物距的焦距，f目是目距的焦距。 望远镜的基本原理 一 望远镜的基本原理 一 视频讲解——《开普勒望远镜原理》 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。 设计简易望远镜 二 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。 设计简易望远镜 二 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镜。 设计简易望远镜 二 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。 设计简易望远镜 二 自制望远镜的结构 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。 想一想：对于图甲的制作方案，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。 制作及调试望远镜 三 1. 制作 甲 自制望远镜的结构 制作及调试望远镜 三 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。 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。 制作及调试望远镜 三 2. 试用与调整 视频演示——《自己动手制作天文望远镜》 制作及调试望远镜 三 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? （1）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）。 反思与拓展 四 物镜使用凸透镜，目镜使用凹透镜 1. 通过望远镜看到正立的像的方法 （2）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。 反思与拓展 四 A．望远镜的物镜和目镜都是凸透镜，故A错误； B．望远镜的物镜相当于照相机的镜头，使远处的物体成一个倒立缩小的实像，故B错误； 【例题1】“超级月亮”比正常时的月亮要大百分之二十，亮度也有所增加，某天文爱好者为了研究这一现象，于是架设一台开普勒望远镜做进一步观察。关于该望远镜，下列说法正确的是（　　） D C．望远镜的物镜的作用是使得无限远处的物体在焦点附近成一个倒立缩小的实像，目镜再把这个像放大，故C错误； D．望远镜由两组凸透镜组成，靠近眼镜的为目镜，靠近被观测物体的为物镜，故D正确。 故选D。 A．它的物镜和目镜都是凹透镜 B．它的物镜相当于投影仪，用来把物体放大 C．物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成虚像 D．它由两个透镜组成，靠近眼睛的为目镜，靠近被观测物体的为物镜 典型例题 五 因为是看远处的物体，所以相当于望远镜，前面的透镜成倒立、缩小的实像，相当于照相机；后面的透镜成正立、放大的虚像，相当于放大镜。所以AB错误； 将两只放大镜的位置对换后，观察同一物体的大小是不同的：一次是放大的（焦距小的靠近眼睛作为目镜），一次是缩小的（焦距大的靠近眼睛作为目镜），所以D错误。 故选C。 【例题2】如图所示用两只焦距不同的放大镜一前一后放在眼前观察远处的物体，下列说法中正确的是（ ） A. 两只放大镜对物体进行了两次放大 B．两只放大镜组合在一起相当于一台显微镜 C．两只放大镜组合在一起相当于一架望远镜 D．将两只放大镜的位置对换后，观察同一物 体的大小是相同的 C 典型例题 五 望远镜与宇宙探索 二 第5节 制作望远镜 望远镜与宇宙探索 二 在人类历史的早期，人们利用肉眼观测天象。后来人们通过测量天体的运动、制定历法，指导人们的生产生活。 例如，战国时期的文献中记载：“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。” 这说明人们很早就发现了北斗七星一年中的周回运转在昭示四季、节气变迁方面的重要作用。 望远镜与宇宙探索 二 伽利略望远镜 （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、太阳黑子和月球上的环形山。 木星及其卫星 太阳黑子 1. 使用望远镜探索宇宙的历程 望远镜与宇宙探索 二 （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，猜想天王星外还存在一颗未知的行星，并计算出了这颗行星的运动轨道。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”。这一发现为万有引力定律提供了有力的支持。 哈勃太空望远镜 （3）哈勃空间望远镜 1990年，科学家把“哈勃”空间望远镜送入太空，使人类观测宇宙的能力空前提高。除光学天文望远镜外，人们还发明了其他观测太空的仪器，如射电天文望远镜，这使人类对宇宙的了解越来越深入。 望远镜与宇宙探索 二 （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 “中国天眼” 望远镜与宇宙探索 二 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。 2. 我们的宇宙 望远镜与宇宙探索 二 （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，地球在离太阳比较近的第三条轨道上。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，是太阳系中的一颗普通行星。 望远镜与宇宙探索 二 【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 B 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． 望远镜与宇宙探索 二 【例题5】收集人类建造天文望远镜探索宇宙历程的资料，自拟题目就你喜欢的相关问题写一篇科学小短文。 德国科学家开普勒发现了行星运动的规律，英国科学家牛顿又进一步证明了行星围绕绕太阳运行是受到“万有引力”的作用，从而进一步揭示了宇宙的秘密。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，地球在离太阳比较近的第三条轨道上。月球是地球的卫星，绕地球转动。 1961年4月，“东方1号”飞船载着27岁的前苏联空军少校加加林，进行了108分钟的太空旅行。这是人类历史上第一次载人航天飞行，加加林也成为人类造访太空的第一人。 同年，美国启动“阿波罗登月计划”。8年之后的7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗就在月球上留下了人类的第一个足印。在踏上月球的一刻，人类第一位月宫使者由衷慨叹：这是个人的一小步，却是人类的一大步。 现在，人们可以利用巨大的天文望远镜和先进的射电望远镜，对宇宙中遥远的天体进行观察。还可以利用人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等把仪器和人送到宇宙空间或其他星球上，探索更多的宇宙秘密。通过多年的探索，现在人们知道：太阳并不是宇宙中唯一的恒星。天空中闪烁着群星，都是像太阳一样能发光的恒星。它们距离地球很远，其中最近的也有4. 22光年。（光年是计量天体距离的单位，光每秒传播约30万千米）有些恒星离我们太远，肉眼无法分辨。如果通过天文望远镜观瘵，可以发现：横贯天空的银河，原来是由许多恒星构成的。这个庞大的恒星集团，大约有1 000亿～2 000亿颗恒星，构成“铁饼”形，直径约10万光年。人们把这个庞大的恒星集团叫做银河系。 望远镜与宇宙探索 二 我们的太阳系是银河系的一员，距银河系中心约3万光年，与众多恒星一起，围绕银河系中心运动着。 银河系在宇宙中并不是唯一的恒星集团。在银河系外还有很多像银河系一样的庞大的恒星集团，叫做河外星系。例如仙女座星系、猎犬座星系。目前，人类已经发现了上千亿个河外星系，这些河外星系也都在运动着。 银河系和我们现在所能观测到的所有河外星系，被称做总星系。 现在，用射电望远镜已能观测到约130亿光年外的宇宙空间情况，但仍没有找到宇宙的边缘。 望远镜与宇宙探索 二 三 课堂总结 第5节 制作望远镜 课堂总结 三 制作望远镜 ①构造：物镜（相当于照相机）、目镜（相当于放大镜）。 ②原理：远处物体首先通过物镜成倒立、缩小的实像； 目镜把物镜形成的实像放大，得到正立、放大的虚像。 ③视角：从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角。 望远镜物镜所成的象比原物小，通过目镜放大，视角会变得很大。 ④放大倍率：n=f物/f目 ①制作两个镜筒；把物镜与目镜分别固定在镜筒一端。 ②调试：调节镜筒长度，在望远镜中可以看到远处的像。 ①探索宇宙历程：伽利略望远镜、哈勃空间望远镜、射电天文望远镜。 ②宇宙是个有层次的天体结构系统：宇宙、银河系、太阳系、地月系。 制作 望远镜 望远镜与宇宙探索 望远镜 原理 四 提升训练 第5节 跨学科实践：制作望远镜 提升训练 四 1．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_______。 倒立缩小的实 焦点内 正立放大的虚 照相机 放大镜 望远镜的目镜相当于放大镜，把物镜所成的倒立缩小的实像继续放大，故实像应该落在目镜的焦点内，成正立放大的虚像。 提升训练 四 2．如图表示一种光学仪器的成像原理，这种仪器是______（选填“望远镜”或“显微镜”），目镜的作用相当于 ______（选填“放大镜”或“投影仪”）。 望远镜 由图可知，远处的物体先通过物镜使物体成一倒立、缩小的实像，然后用目镜把这个实像再放大成正立、放大的虚像，就能看清很远处的物体，这就是望远镜的原理，目镜相当于一个放大镜。 放大镜 提升训练 四 3. 如图，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．目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 C 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，离眼睛较远的是物镜，故D错误。 故选C. 提升训练 四 4. 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，可以用老花镜的镜片来代替 C．远处的物体经过物镜成的像落在目镜焦点以内 D．望远镜的物镜成的是倒立放大的实像 D 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. 提升训练 四 5．如图，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”）。 变大 变小 模拟望远镜 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镜的物镜，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距除以目镜焦距；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。 提升训练 四 提升训练 四 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？写出区别：眼睛观察目镜：_______________；眼睛观察物镜：___________________。 物体变大变近了 物体变小变远了 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，所以眼睛观察物镜时现象是：物体变小变远了。 提升训练 四 Lavf59.27.100 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