5.5 跨学科实践： 制作望远镜 课件 2024-2025学年物理人教版八年级上册

第五章 透镜及其应用 第5节 跨学科实践：制作望远镜 1 1.了解望远镜的基本原理 （1）望远镜的结构：有一种望远镜是由两组凸透镜组成的（如图5-5-1 甲），靠近眼睛的叫作________，靠近被观测物体的叫作________。 图5-5-1 目镜 物镜 2 （2）望远镜成像原理：物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成_____ （填“实”或“虚”）像，目镜的作用相当于一个__________，用来把这个 ________像放大。 图5-5-1 实 放大镜 实 （3）视角：物体对眼睛所成视角（如图5-5-1乙）的大小不仅和_______ _________有关，还和_________________有关。物体离眼睛越近，视角 就越____（填“大”或“小”），这就是物体看起来近大远小的原因。用望远 镜观察物体时，物镜成________（填“放大”或“缩小”）的像，但像离眼睛 较近，加上目镜的放大作用，视角变得很________（填“大”或“小”）， 所以会感到物体被放大了。 图5-5-1 物体本身大小 物体到眼睛的距离 大 缩小 大 （4）放大倍率：望远镜的放大倍率等于物镜焦距同目镜焦距 之 比，即 。物镜的焦距越________，目镜的焦距越________，望 远镜的放大倍率就会越大。一般来说，目镜的焦距不能太短，否则会产 生严重的像差。物镜的焦距也不能太长，否则在望远镜里看到的景物范 围太窄小。一般以 倍为宜，倍数过大时，成像清晰度就会变差， 同时抖动严重。超过12倍的望远镜一般使用三角架等方式加以固定。 图5-5-1 大 小 （5）相对口径：口径与物镜的焦距的比，即 。相对口径越 大，望远镜的聚光本领就越强，在望远镜里看到的天体就越明亮。 （6）视场：在望远镜里看到的景物范围。对同一架望远镜来说，视场 同物镜的焦距有关，一般来说，物镜的焦距越大，放大率就越大，但视 场会越小，看到的景物范围就越小。 6 2.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______倍即可。 （2）选择物镜和目镜：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，应选择焦距较____、直径 较____的凸透镜作为物镜，焦距较____、直径较____的凸透镜作为目镜。 测量凸透镜的直径，以便制作直径合适的镜筒。 大 大 小 小 7 图5-5-2 （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。观察最远处的物体时，两块凸 焦距之和 大 透镜间的距离约等于两块凸透镜的___________；观察较近处的物体时， 两块凸透镜间的距离要稍____一些。如图5-5-2所示，为便于调节，整个 镜筒做成两节，一节是物镜镜筒，一节是目镜镜筒。物镜镜筒的直径约 等于物镜的直径，物镜镜筒的长度约等于物镜的焦距。目镜镜筒的直径 等于目镜的直径，目镜镜筒的长度比目镜焦距长 。目镜镜 筒的外径等于物镜镜筒的内径，使得目镜镜筒既能插入物镜镜筒，又能 贴得比较紧，便于前后调节。 8 3.制作及调试望远镜 （1）所需器材：两块直径、焦距不同的凸透镜、黄板纸、牛皮纸、半 透明纸、胶水、美工刀、剪刀、直尺、墨汁、芯柱等。 （2）物镜镜筒的制作：用长度稍长于物镜焦距、直径约等于物镜直径 的圆管做芯柱。物镜镜筒用黄板纸条卷绕两三层制作。先把黄板纸切成 宽的纸条。把做最里层的黄板纸条一面涂上墨，等墨干透 后再制作镜筒。卷绕第一层注意注意使墨面朝里（以消除杂散光），并 要求纸条一圈紧挨一圈，不能有间隙，也不能重叠。在镜筒的两端和纸 条的接头处,要用涂有胶水的牛皮纸固定好。 第一层卷好后，在外面涂上 9 胶水，然后卷绕第二层。注意第二层的卷绕方向和第一层相反。依次类 推一般卷三层黄板纸就足够了，在镜筒的最外面糊上一层牛皮纸。镜筒 卷好后稍晾一会把芯柱抽出，然后将其竖直放在室内晾干。镜筒卷得比 需要稍长一些，卷好晾干后再用锋利的美工刀截成需要的长度。 （3）目镜镜筒的制作：用一根直径约等于目镜的圆管做芯柱，目镜镜 筒的卷绕方法与物镜镜筒基本相同，要注意使目镜镜筒的外径约等于物 镜镜筒的内径。当目镜镜筒外径卷绕到已经接近物镜镜筒内径的时，通 过糊牛皮纸来逐渐达到要求。 （4）镜片的安装：为了把镜片定位，可在镜片上加套筒。此外，在目镜 镜筒的末端,加一段卷纸，以免目镜镜筒滑进物镜镜筒。安装镜片时要使 物镜和目镜的光轴和镜筒的中心线重合，这是制作望远镜的一个难点。 11 ①安装物镜：把初步装上物镜的物镜镜筒对着远处的灯光，在物镜 镜筒上没有物镜的一端蒙上一层半透明纸，使远处灯光通过物镜成像在 半透明的纸中央。然后不改变物镜镜筒的放置方向，转动镜筒，如果远 处灯光的像始终落在半透明纸的中央，说明物镜的主光轴落在镜筒的中 心线上，此时就可以把物镜固定下来，否则需要适当调整物镜位置，直 到符合要求为止。 12 ②安装目镜：物镜调整好之后，就把物镜镜筒的半透明纸撕掉，把 初步装上目镜的目镜镜筒插入物镜镜筒内；将整架望远镜仍然对准远处 灯光，并用眼睛观测，前后调节目镜镜筒的位置，使远处灯光落在望远 镜看到的视场中央，然后保持物镜镜筒不动，只转动目镜镜筒，若远处 灯光始终在视场中央，则说明目镜的主光轴落在镜筒的中心线上，此时 可以把目镜固定下来。 这样，一架简易的望远镜就做成了。 13 （5）试用与调整：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。 14 4.反思与拓展 （1）把两个凸透镜组合起来使用，先看远处的物体，调整两个凸透镜的 距离，你看到了什么？再调整两个凸透镜间的距离看近处物体？你又看 到了什么？ 答：把两个凸透镜组合起来使用，先看远处的物体，可以作为望远镜， 看近处的物体，可以作为显微镜。把两个凸透镜组合起来使用，看远处 的物体时，物镜使远处的物体成倒立缩小实像，成在目镜的焦距以内， 目镜使像再次成正立放大虚像——望远镜原理；看近处的物体，物镜使 物体成倒立放大实像，像在目镜焦距以内，目镜使像再成正立放大虚 像——显微镜原理。 15 （2）使用两块凸透镜制作的望远镜，用其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改进方案一：________________________________________________， 进行制作和调节。 ②改进方案二：______________________，进行制作和调节。 在两块透镜之间加上一个逆置棱镜（答案合理即可） 用一个反射镜取代物镜 图5-5-3 ③改进方案三：观察如图5-5-3所示的光路图可知， 可以__________________，进行制作和调节。 把目镜换成凹透镜 16 （3）伽利略望远镜和开普勒望远镜的成像原理如图5-5-4所示。伽利略 望远镜的镜筒较短，结构简单，但视野较小；开普勒望远镜的镜筒较长， 视野较宽，放大倍数更大。 图5-5-4 17 ①这两种望远镜都是________（填“反射式”或“折射式”）望远镜，光束 进入物镜并被折射时，由于透镜对不同色光的偏折程度不同，因此成像 的焦点______（填“不同”或“相同”），导致成像模糊，在明亮物体周围 产生“假色”。 折射式 不同 图5-5-4 18 ②这两种望远镜的结构不同，伽利略望远镜的物镜是凸透镜，目镜是 ________（填“凹透镜”或“凸透镜”），焦点在目镜之______（填“前”或 “后”）；开普勒望远镜的物镜和目镜都是凸透镜，焦点在目镜之______ （填“前”或“后”）。 凹透镜 后 前 图5-5-4 19 ③这两种望远镜的成像特点不同，伽利略望远镜成______（填“正立”或 “倒立”）的虚像，物镜和目镜之间________（填“存在”或“不存在”）实 像；开普勒望远镜成______（填“正立”或“倒立”）的虚像，物镜和目镜 之间______（填“存在”或“不存在”）实像。 正立 不存在 倒立 存在 图5-5-4 20 $$