5.5 跨学科实践：制作望远镜 ---2024-2025学年人教版初中物理八年级上册

人教版（2024）第五章 第5节跨学科实践 制作望远镜 第5节跨学科实践 制作望远镜 望远镜的成像原理 通过参与制作，体会合作的意义，培养学生对科学实验的热爱，培养学生科学探究精神。 学习目标 学习重点 学习难点 情境导入 项目提出 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。根据透镜成像的知识，你也可以自己制作一个如图所示的望远镜。或许你能用它获得新的发现呢！ 望远镜是如何被发明的呢？ 又如何制作成功呢？ 项目分析 要自己制作望远镜，你需要完成以下任务。 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。 个望远镜并进行调试。 牛顿式反射望远镜 伽利略望远镜 望远镜的类型 天文望远镜 望远镜的结构 由目镜和物镜组成，都相当于 目镜 物镜 项目实施 作用 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 任务1：了解望远镜的基本原理 凸透镜 伽利略望远镜和开普勒望远镜 望远镜原理光路图 物镜u>2f 目镜u<f O O F目 F物 F目 用望远镜看远处物体，为什么先缩小再放大呢？ 望远镜原理光路图 先缩小后放大 物镜焦距长，目镜焦距短 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，这样所成的像应该是缩小的，为什么使用望远镜观察物体时会感到物体被放大了？ 我们能否看清物体，它对我们眼睛所成“视角”的大小十分重要，视角大小不仅与物体本身大小有关，还和物体到眼睛距离有关。望远镜的物镜所成的像虽然比原来的小，但它离我们眼睛很近，加上目镜的放大作用，视角就可以变得更大。 视角 视角越大，对物体的观察越清楚。 物体大小一定时，物体越近，视角越大。 距离一定时，物体越大的视角越大。 视角 任务2：设计简易望远镜 1.确定望远镜的放大倍率： 望远镜的 放大倍数 = f物是物镜的焦距， f目是目镜的焦距。 f物 f目 —————— 思考：放大倍数越大越好吗？为什么？ 不是，倍率越大，物体表面亮度越差；视野晃得厉害，很难稳定的看东西。 2.选择物镜和目镜 可以选择身边常见的凸透镜或者进行购买。 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。 （1）焦距：根据放大倍数，选择焦距合适的两块凸透镜。 （2）直径：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。 思考:为什么物镜直径要比目镜直径大一些? 选择物镜直径要比目镜直径大一些，直径大的物镜集光力越强，分辨率越高。物镜焦距越大，目镜焦距越小，放大倍数就越大。 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。 任务3：制作及调试望远镜 1.制作 ①准备焦距约为20 cm，直径约为5 cm 的物镜；焦距约为10 cm，直径约为4 cm 的目镜。以小组为单位开始制作及调试望远镜。 ②根据焦距计算镜筒最长和最短伸缩尺寸，将纸板裁剪成正方形，中间挖洞，制作伸缩望远镜的镜筒（提醒:两个伸缩内嵌镜筒尽量要精准契合）。 ③安装镜头：用双面胶将透镜固定到镜筒上 , 物镜 、目镜安装步骤相同。 试用与调整：制作完成后通过望远镜观察远处物体，调节镜筒长度，即改变物镜与目镜之间的距离，直到在望远镜中看到，远处清晰的像为止 。 2.试用与调整 组装：确保目镜和物镜正确安装在镜筒内，连接稳固。 初步观察：对准远处物体，初步查看成像。 调节距离：通过调整镜筒长度（或目镜位置），改变物镜与目镜间的距离。 寻找最佳成像：持续调整，直到看到最清晰的像。 固定：将镜筒固定在最佳成像位置。 进一步优化（如需要）：调整瞳距、清洁透镜等，以提升成像质量。 展示交流 向其他同学展示你的成果，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。 评价项目 评价标准 评价方式 制作过程 1.能够根据设计方案选择恰当的工具和材料，将设计方案转化为实际物品。 2.制作过程遇到困难不退缩，积极寻求合作，运用多种办法解决问题 。 组评、师评 作品质量 1.作品符合设计意图，实用性强，能够根据需求更换目镜，看清校园内远处的物体 。 2.作品敢于创新，形式新颖、装饰美观。 组评、师评 科学世界 望远镜与宇宙探索 在人类历史的早期，人们利用肉眼观测象。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。 望远镜的发明大大扩展了人类观测天空的视野。第一位把望远镜指向天空的是意大利物理学家伽利略。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”。他还第一个观察到了木星的卫星、太阳黑子和月球上的环形山。 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。 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。 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。 通过对宇宙的不懈探索，我们现在知道，宇宙中拥有上千亿个星系，银河系只是这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约10万年的时间。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（太阳系）。 随着技术的进步，更多的大型望远镜和空间望远镜将提供更高的分辨率和更广的观测范围，继续挑战和超越我们对宇宙的现有认识，帮助我们揭示更多宇宙的奥秘。 欧洲xmm空间望远镜 中国天眼 哈勃空间望远镜 探索宇宙 世界上目前口径最大、最灵敏的单天线射电望远镜 能“捕捉”百亿光年外的射电信号，未来30年内保持世界一流 截至2020年11月，“发现脉冲星数量超过240颗 2019年，接受国家验收，并开始搜寻外星人 “中国天眼”主要成就 天眼之父南仁东 课堂总结 1.望远镜物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成_____像（填“虚”或“实”），这个像是_________（填“放大的”或“缩小的”），道理就像_________的镜头成像一样，目镜的作用则像一个_________用来把这个像放大。 实 缩小的 照相机 放大镜 2.物体对眼睛所成视角的大小不仅和物体本身的大小有关，还和____________________有关系。 物体到眼睛的距离 课堂练习 3.对于天文爱好者用的望远镜，下列说法正确的是( ) A. 通过望远镜最终看到的是正立的天体的像 B. 所成的像比实际的天体小，但相对于眼睛的视角增大了，最终会感觉天体变大了 C. 最终看到的是一个实像 D. 最终所成的像比实际的天体大 B Lavf57.62.100 vid:v0300fg10000ce234q3c77u3srh7f060 $$