5.5 跨学科实践：制作望远镜-2025-2026学年人教版（2024）八年级上册物理

做一件事不难,难在坚持;坚持一下不难,难在坚持到底. 人是不能太闲的,闲久了,努力一下就以为是拼命. 第5章透镜及其应用 5.5 制作望远镜 自习案 【学习寄语】 亲手拼接的镜片，是望向远方的桥梁；实践中摸索的规律，是打开未知的钥匙。制作望远镜的过程，正是用双手丈量世界、用智慧连接微观与宏观的旅程——每一次调试，都是向更广阔的认知迈进。 【学习情境】 随着航天热潮兴起，“天问一号”火星探测器、“嫦娥”系列月球探测器接连奔赴宇宙，传回的照片令人惊叹。你知道吗，这些太空探索的背后，望远镜发挥着至关重要的作用。今天，就让我们亲自动手制作望远镜，探寻它帮助人类仰望星空的奥秘 。 【学习链接】 1.望远镜能让我们看清远处的物体，其镜头主要由___透镜组成。（答案：凸） 2.我们学过凸透镜对光线有___作用，这是望远镜能成像的基础原理之一。（答案：会聚） 3.用两个凸透镜组合时，调整它们之间的___，可能看到不同的成像效果。（答案：距离） 【学习目标】 1.能说出望远镜的基本组成和工作原理，结合凸透镜成像规律理解其成像过程。 2.能动手完成简易望远镜的制作，并对其进行调试以看清远处物体。 3.体会跨学科知识在实践中的应用，培养观察和动手实践能力。 【学习过程】 任务一:ID了解望远镜的基本原理 1. 问题:科学家利用巨大的天文望远镜接收来自遥远星系的________。通过分析这些信息，人们对宇宙了解得越来越深入了。如图5.5-1所示，你能根据________________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! 2. 本节课有三个任务:(1)了解望远镜的基本________。(2)________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，________一个望远镜。 3. 望远镜有不同的类型，其中有一种望远镜是由两组____透镜组成的。靠近眼睛的叫作____镜，靠近被观测物体的叫作____镜(图5.5-2)。物镜的作用是使远处的物体在________附近成____像，目镜的作用相当于一个____________，用来把这个像放大。细心的同学可能会有疑问：物体距离________很远，它的像却离________很近，根据前面探究的结果，这样所成的像是________的，为什么使用望远镜观察物体时会感到物体被________了呢?原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“________”(图5.5-3)的大小十分重要。视角的大小不仅和物体本身的________有关，还和物体到眼睛的________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____，再加上目镜的________作用，________就可以变得很大。进一步的分析表明，像图5.5-2这样的望远镜的放大倍率为____。其中，____是物镜的焦距，____是目镜的焦距。 任务二:ID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____________的镜片，也可以使用____________的镜片，还可以直接购买____________。利用本章所学知识测量凸透镜的________，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。在选择两块凸透镜时，除了需要满足焦距的要求，物镜的________还要比目镜的________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____、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。 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________。如图5.5-4所示，镜筒可以设计成两段，让物镜的________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________约等于两块凸透镜的焦距之____；观察较近处的物体时，两块凸透镜间的距离要稍____一些。 任务三:ID制作及调试望远镜 1.制作——根据所选凸透镜的________和________制作镜筒。例如，可以选用如图5.5-5所示的两块凸透镜。其中，物镜的焦距约为20____cm,直径约为5cm;目镜的焦距约为10____cm,直径约为4____cm。想一想：对于图5.5-4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________、________等数据，以及对镜筒________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________(图5.5-6)。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________镜筒插入________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________的调节，改变物镜与目镜间的________，直到在望远镜中看到远处物体________的像为止。 3.反思与拓展——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________的，怎样才能通过望远镜看到正立的像呢?有两种方法：第一种是使用两个相互垂直的平面________装置把所成的像先上下________一次，再________颠倒一次；第二种是物镜使用凸透镜，目镜使用________镜，望远镜所成的像就是正立的了。 4.请你利用上面的方法________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。 任务四:望远镜与宇宙探索 1.在人类历史的早期，人们利用________观测天象。后来人们通过测量天体的运动、制定________，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____；斗柄南指，天下皆____；斗柄西指，天下皆____；斗柄北指，天下皆____。”这说明人们很早就发现了________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。 2.望远镜的发明大大扩展了人类观测天空的________。第一位把望远镜指向天空的是意大利物理学____________。1609年，伽利略用自制的望远镜观察天体(图5.5-7),以确凿的证据支持了____________的“日心说”。他还第一个观察到了________的卫星、太阳________和月球上的____________。1846年，科学家根据牛顿发现的________________定律，猜想____________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“____________”。这一发现为万有引力定律提供了有力的支持。 3.1990年，科学家把“________”空间望远镜送入太空，使人类观测宇宙的能力空前提高。除________天文望远镜外，人们还发明了其他观测太空的仪器，如________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，____________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(图5.5-8)。2020年，中国天眼正式开放运行，它是目前全球____________最大、____________最高的射电天文望远镜。 4. 通过对宇宙的不懈探索，我们现在知道，宇宙中拥有____________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________年的时间。太阳不过是银河系中几千亿颗恒星中的一员(图5.5-9)。太阳周围有____星、____星、________、火星、____星、土星、________星、海王星等行星绕它运行，地球在离太阳比较近的第____条轨道上。此外，还有若干其他天体绕太阳转动。随着技术的进步，更多的________望远镜和________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。 【基础检测】 1. 项目学习小组在“自制望远镜”活动中选择了两块透镜，将其中一块透镜正对太阳光，观察到地面上出现了明亮的光斑，如图所示。下列说法中正确的是(    ) A. 该透镜是凹透镜 B. 该透镜对光具有发散作用 C. 该透镜可用来制作望远镜的物镜 D. 可以使用这种透镜来矫正近视眼 2. 望远镜的发明开拓了人类探索宇宙的视野。小刚用两个焦距合适的凸透镜，按照如图所示的方式自制了一个望远镜，用它来观察远处的物体时要调节物镜与目镜间的距离，直到看到清晰的像为止，下列说法错误的是(    ) A. 物镜成缩小的实像 B. 目镜的作用相当于一个放大镜 C. 物镜成放大的实像 D. 物镜和目镜可以使用老花镜的镜片制作 3. 关于望远镜的下列说法中正确的是(    ) A. 物镜、目镜都相当于一个放大镜 B. 一定是由两组凸透镜组成的 C. 从目镜看到的像是放大的虚像 D. 望远镜的物镜和目镜成的像都是实像 4. 某天文爱好者为了研究“超级月亮”这一现象，于是架设一台天文望远镜做进一步观察。如图所示，关于该望远镜，下列说法正确的是(    ) A. 它的物镜是平面镜 B. 它的目镜是凹透镜 C. 远处景物通过物镜成缩小的像 D. 远处景物通过物镜成放大的像 5. 许多博物馆会在较为精巧的文物前放置透镜，如图所示。下列说法中正确的是(    ) A. 文物前放置的透镜是凹透镜 B. 文物到透镜距离小于一倍焦距 C. 为了让像变大，透镜应靠近文物 D. 透镜成像原理与望远镜物镜的原理相同 6. 小明同学制作一个望远镜，其结构如图，下列说法正确的是(    ) A. 物镜的作用相当于放大镜 B. 物镜与目镜的主光轴可以不重合 C. 看清远处物体时物镜与目镜的间距可以小于两透镜焦距之和 D. 看清远处物体后再观察近处物体，应适当增大两透镜之间的距离 7. 小阳在跨学科实践活动中，计划制作一个望远镜。在与同学们合作学习中，他了解到由两个凸透镜组成的望远镜的基本原理，光路图如图所示。关于这种望远镜，下列认识正确的是(    ) A. 远处的物体经过物镜成缩小的实像 B. 目镜的焦距大于物镜的焦距 C. 观察最远处的物体时，物镜与目镜之间的距离约为它们的焦距之和 D. 目镜的作用相当于一个放大镜，用来把物镜所成的像放大 8. 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。 9. 如图所示，小明用两个焦距不同的放大镜模拟望远镜观察远处的景物，调整两个放大镜的距离看到了清楚的像。物体通过较远的物镜所成的像是倒立__________选填“放大”“缩小”或“等大”的实像，这个像在物镜的__________附近。 10. 人眼看同一个物体，会出现“近大远小”的现象，这和物体在人眼所成视角的大小有关，如图所示，当物体离人眼较远时，视角较__________，物体看起来较__________；当物体离人眼较近时，视角较__________，物体看起来较__________． 11. 跨学科实践：小明同学学习了凸透镜知识后，想利用两个凸透镜制作一个望远镜，他一共收集到四个凸透镜，规格如下表： 凸透镜 甲 乙 丙 丁 直径 焦距 为了制作效果较好的望远镜，他应该选择__________凸透镜作为物镜，选择__________凸透镜作为目镜。均选填“甲”“乙”“丙”或“丁” 物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成像，而目镜的作用相当于一个__________选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”。 小明所制作的望远镜的放大倍率为__________。 用自制望远镜先观察远处物体后，再来观察近处物体时应适当__________选填“增大”或“减小”两块透镜之间的距离。 12. 跨学科实践：制作望远镜 活动任务一：了解望远镜的成像原理 望远镜有不同类型，其中有一种望远镜是由两组凸透镜组成的如图甲所示。靠近被观测物体的叫作物镜，作用是使远处的物体在焦点附近成______选填“实”、“虚”像，目镜的作用相当于一个______选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”用来把这个像放大。 活动任务二：设计简易望远镜 望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之比，为了成像质量好一些，其放大倍率不宜过大，取放大倍率倍即可。现有、、三个规格不同的凸透镜，其规格如下： A.焦距，直径： B.焦距，直径； C.焦距，直径； 小组同学选择规格透镜作为目镜，为了制作出图乙所示的望远镜，参考图丙，则物镜应选择______选填“”、“”或“”透镜，这样物镜可以会聚更多的光，使所成像更加明亮。则此望远镜的放大倍率为______倍。 活动任务三：制作及调试望远镜 用此望远镜，观察最远处物体时，物镜和目镜的距离约为______，观察较近物体时，物镜和目镜的镜筒长度距离要______选填“大一些”、“小一些”或“不变”，看到的像是______选填“正立的”、“倒立的”。 【能力提升】 1. 跨学科实践学习小组从实验室找到几只透镜准备自制一只望远镜。 如图所示，小明以个焦距不同的凸透镜制作了一个望远镜。通过学习知道，望远镜其实是将远处的物体拉近成像，此过程实际上是增大了______。 小明观察星星时发现视野范围较小，为此，他使用两块相同的带开口的挡板并利用______的原理制作了一个寻星装置，将其安装在望远镜套筒上后，借助挡板能快捷寻找目标如图所示，并将目标锁定在望远镜视野中，下列设计的各挡板中最适合的是______。 小明用此自制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、中部为空腔的形状如图所示，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。结合课本的插图可知如图所示，小明要想达到此效果，至少需要______块平面镜。 A. B. C. D. 2. 在跨学科实践课上，某小组开展了利用两个焦距不同的凸透镜自制望远镜的活动。 【任务一】了解望远镜的成像原理 你能利用两个焦距不同的凸透镜模拟望远镜，并解释望远镜的成像原理吗？ 如图所示是两个凸透镜组成的望远镜的成像原理图，其中靠近被观测物体的乙为物镜，靠近眼睛的甲为目镜，目镜能将物镜所成的像进行放大，放大后即图中的______选填“”或“”。 【任务二】制作简易单筒望远镜 确定望远镜的放大倍率 已知简易望远镜的放大倍率，其中为物镜的焦距，为目镜的焦距。若此次制作的望远镜的放大倍率为，手边有一个焦距为的凸透镜作为目镜，则还需购买一个焦距为______的凸透镜作为物镜。 选择目镜与物镜 为了增大进光量，使成像更清楚； 选择直径较______选填“大”或“小”的凸透镜作为物镜； 选择焦距较短的凸透镜作为目镜。 制作简易单筒望远镜 按如图所示，根据所选凸透镜的直径，利用数学知识计算相关尺寸，选择瓦楞纸、管等作镜筒进行组装。 【任务三】用自制单筒望远镜观察校园内远处的物体 一只手握住物镜镜筒保持不动，另一只手不断调整目镜镜筒的位置，直到在望远镜中看到校园内远处物体清晰的像为止。此时远处物体通过自制望远镜成的是倒立、放大的像。 【反思问题】如何观察到正立的像 我们通过两个焦距不同的凸透镜自制的望远镜看到的校园景象是倒立的。结合所学的知识，请你给出一种解决方案使能看到正立的像：______。 【拓展问题】望远镜是如何将远处的物体在“眼睛”中放大的 目镜成的放大的像并没有比远处真实的物体大，但人眼能通过望远镜看清远处的物体，因为望远镜所成的像在人眼中所占的视角比较______选填“大”或“小”。 如图所示，请利用视角的知识解释等宽的林荫小道远处看起来比较窄的原因：______。 3. 郭守敬望远镜是由我国自主研发的，世界上口径最大的大视场兼大口径大型光学望远镜，其光路图如图所示。 郭守敬望远镜的镜作用是______；镜是______选填“平面镜”、“凹面镜”或“凸面镜”； 开普勒望远镜是折射式望远镜。如图是某望远镜的部分光路图，物镜的焦点和目镜的焦点刚好重合。物体在位置时通过透镜所成的像为。 请找到两面凸透镜的焦点位置，并标记出来。 画出通过透镜后所成的像。 参考答案 基础检测 1. C 2.C 3.C 4.C 5.B 6.D 7.ACD 8.倒立、缩小 焦点以内 放大 虚 远视 9.缩小 焦点 10.小 小 大 大 11.(1)甲 丙 (2)放大镜 (3) (4)增大 12.实；放大镜；  ；；  ；大；倒立的  能力提升 1.视角  光沿直线传播      2.；  大；【反思问题】使用目镜反像器，利用凹透镜将倒像转换为正像，把凹透镜安装在目镜前方，改变光线路径来反转像；【拓展问题】  大；  等宽的林荫小道，远处的部分离眼睛远，它在人眼中所成的视角小，所以看起来比较窄；而近处的林荫小道离眼睛近，视角大，看起来就比较宽  3.平面镜；凹面镜 第 1 页 共 81 页 学科网（北京）股份有限公司 $$