跨学科实践：自制天文望远镜（表格式教学设计）物理苏科版2024八年级上册

跨学科实践：自制天文望远镜 （教学设计） 年级 八年级 学科 物理 课时数 1课时 教师 课题 跨学科实践：自制天文望远镜 教学 目标 物理观念 了解望远镜由物镜和目镜组成及其成像原理，了解“放大视角”的原理；通过裸眼观察月球和用自制望远镜观察月球的对比，了解月球上升和下落，以及月相的变化情况。 科学思维 建立望远镜成像的物理模型，用光路图表示物镜、目镜的成像过程，区分物镜与目镜成像。解释“望远镜‘放大’的是视角而非物体本身”的原理。归纳透镜组合的设计思路。 科学探究 经历“提出问题→设计方案→实验操作→收集证据→分析论证→交流评估”的完整探究流程。能利用生活材料替代专业透镜，设计可调节焦距的支架，改进装置稳定性，并尝试通过调节观察天体。 科学态度 与责任 结合天文知识，了解望远镜发展史，体会科学工具对人类探索宇宙的推动作用；通过小组协作完成制作，培养分工与沟通能力；倡导利用废旧材料，树立节约资源、环保实践的意识；了解中国探月工程等，增强民族自豪感。 教材 分析 本课作为“跨学科实践”内容，紧密关联八年级上册“光的折射”和“透镜成像”，其中物镜将远处天体成倒立缩小实像（“拉近”物体），目镜将此实像作为物体，成正立放大虚像（增大视角），二者共同构成望远镜“视角放大”的核心原理。体现从“单一透镜”到“组合系统”的认知进阶。教材以“自制”为核心载体，通过阶梯式任务设计，实现“做中学”“用中学”；鼓励学生利用生活材料自制，引导学生针对“成像模糊”“倒立不便观察”等问题进行探究，渗透“技术改进源于实际需求”的工程思维。 学情分析 学生已学习“光的折射”“透镜成像规律”等基础知识，对凸透镜的会聚作用、成像条件有初步认识，这是理解望远镜“物镜成实像、目镜放大虚像”原理的基础。但部分学生对透镜成像的动态过程理解不深，易混淆两次成像的物距、像距关系。八年级学生具备初步的抽象逻辑思维能力，但对复杂、抽象的物理过程仍需依赖直观体验；对“动手制作”“天体观测”等具象活动兴趣浓厚，但对“视角”“放大率”等不可直接测量的物理量，易因缺乏直观感知而理解模糊。学生普遍缺乏结构设计经验，手工操作水平差异较大，部分学生易因操作失误导致成像失败，需通过小组合作弥补个体差异。 教学重点 1．望远镜的基本构造与工作原理：物镜和目镜的作用及焦距关系。 2．通过实践理解“u>2f时物镜成缩小实像”“u<f时目镜成放大虚像”的具体过程。 教学难点 1．了解望远镜观测远物增大视角的原理，纠正认知误区。 2．透镜共轴调节、观察天体时成像的精确调节。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【问题情境】仰望星空，我们不禁浮想联翩。天文望远镜的发明和应用为人类揭开宇宙的神秘面纱提供了可能。利用我们所学的知识，设计并制作一架简易的天文望远镜，观察月球或木星、土星等， 相信一定会非常有趣！ 【任务要求】自制天文望远镜。 根据自己已了解或感兴趣的乐器，自主领取任务进行探究 任务一、自制天文望远镜 （一）理论基础和设计思路 1．天文望远镜成像原理 （1）物镜相当于照相机的镜头，焦距较长，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，焦距较短，成正立、放大的虚像。两次成像，先缩小，后放大。 （2）视角是指从物体两端向眼的光心引出的两条光线的夹角。如图所示，当远处的物体移近时，视角增大，因此能更清楚地看到物体。 望远镜物镜和目镜两次成像，所成的像比远处物体要小，但由于目镜成的像比远处物体要近得多，所以视角增大，可以看得更清楚。 2．天文望远镜的设计思路 取两个焦距不同的凸透镜，以焦距较大的为物镜、焦距较小的为目镜。通过两个凸透镜观察较远的物体，同时试着调节透镜之间的距离，直到看清楚为止，如图 3-49 所示。你看到的像有什么特点？ 两个刚好可以套在一起的圆筒，分别把物镜和目镜固定在两个圆筒的一端，如图3-50所示。再利用光的直线传播原理，制作一个辅助寻找待观测星球的寻星装置，装在望远镜套筒上，如图 3-51所示。将望远镜固定在三脚架上。观察时，首先通过寻星镜找到目标星球，再通过望远镜进行观察。 （二）设计简易望远镜 步骤1：确定望远镜的放大倍率 望远镜的放大倍率： ； f物 是物镜的焦距，f目 是目镜的焦距。 注：为了让成像质量好一些，其放大倍率不宜过大，可取放大倍率为3~10倍。 步骤2：选择物镜和目镜 望远镜的目镜和物镜可以选择放大镜的镜片，也可以使用老花镜的镜片。利用所学知识测出凸透镜的焦距，并根据放大倍率的要求，选择合适的凸透镜分别作为目镜和物镜。 步骤3：设计镜筒 镜筒可以设计成两段，让物镜的镜筒比目镜的镜筒粗一些。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。 （三）制作及调试望远镜 1．制作天文望远镜 【实验材料】两个焦距不同的凸透镜，以焦距较大的为物镜、焦距较小的为目镜；稍微硬点的PVC水管或卫生纸卷筒；胶水；胶布等。 【制作步骤】 （1）制作与安装物镜 物镜有不同规格可以选择，口径（即直径）越大，效果会越好，但缺点是价格会更贵。用胶带把物镜镜片粘接在卷筒的前端。 在锯断pvc水管后，切口部分较为粗糙，可以用锉刀或者小刀把切口修平整。 （2）目镜的安装 裁剪一块宽10cm ×长20cm的纸板，然后把目镜卷在纸板当中，用透明胶把纸板外围全部缠绕。 （3）制作完成。 2．调试望远镜 用自制天文望远镜观察远处物体。 复习回顾，望远镜的原理 了解设计思路 了解望远镜器材选择 动手制作 制作并调试 任务二、用天文望远镜观察月球 1．直接用裸眼观察月球 选择周围没有灯光干扰的环境，可以在多个夜晚的多个时段进行观察，了解月球上升和下落，以及月相的变化情况。 （1）用裸眼观察月球 （2）月相的变化 2．用自制的天文望远镜观察月球或其他星球。 以观察月球为例，调节天文望远镜直至通过它能清晰地看到月球表面的细节。多时段连续观察并描述月相。用自制的天文望远镜观察月球的重点在于发现肉眼看不清楚的细节之处。 查阅资料，结合观察的结果，了解月球概况、我国古人对月相的记载、中国探月工程等。 3．古代对月相的记载 逸周书详细描述了月亮的月相变化。根据古代观测和记录，月相的变化可分为满月、亏月、盈月和蝉月四个阶段。 （1）满月 满月是指月亮在天空中呈现出完全的圆形。逸周书中记载，满月出现在农历每月的中旬时段，寓意着月亮的能量达到巅峰，人们信奉这个时期进行祭祀仪式可以获得更多的祝福和庇佑。 （2）亏月 亏月是指月亮逐渐从满月变小的过程，也叫做月缺。逸周书中提到，亏月的出现往往与阴气较重的时期相对应，人们相信亏月时进行护身祈福可避免邪灵的侵害。 （3）盈月 盈月是指月亮逐渐从亏月恢复到满月的过程。逸周书中记载，盈月出现在农历月的后半段，这个时期被认为是月亮恢复活力的时刻，人们会举行各种庆祝活动来庆祝丰收和幸福。 （4）蝉月 蝉月是指月亮逐渐从满月变小，再变大的过程。逸周书中描述，蝉月出现的时间不固定，但一般出现在农历闰年的某个月，人们普遍认为这个时期是神灵和幽灵出没的季节，需要特别注意避邪。 4．中国探月工程 2007年发射探月卫星嫦娥一号，对月球表面环境、地貌、地形、地质构造与物理场进行探测。 2010年10月1日18时59分57秒嫦娥二号顺利发射，也已圆满并超额完成各项既定任务。 2012年9月19日，探月工程已经完成嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。 2020年11月24日4时30分，中国在中国文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器，开启中国首次地外天体采样返回之旅。2020年12月1日，嫦娥五号探测器成功在月球正面预选着陆区着陆。 2024年6月25日，嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古四子王旗预定区域，标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功，实现世界首次月球背面采样返回。 【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（　　） 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 【答案】 D 【解析】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； 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。 【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 【答案】 C 【解析】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。 裸眼观察月球 用普通相机或手机拍摄月球的不同月相 用自制天文望远镜观察月球，并设法拍摄月球的月相变化 查阅资料，了解我国古人对月球的观察和记载 了解中国探月工程的成就及未来 练习例题 练习例题 任务三、交流与评价 1．展示自制的天文望远镜，说明制作过程与关键步骤。 2．撰写观察报告，介绍相关背景资料，观察记录的月球或其他星球的信息（图 3-52）， 以及基于观察提出的问题和进一步探究的设想等。 3．对自制望远镜结构设计的合理性、外观和工艺水平、观察效果等进行评价。同学之间进行讨论和交流， 对望远镜的设计和制作提出改进 意见。 4．对观察报告的科学性、规范性和问题与探究的价值等进行评价。 展示交流，作出评价 课 堂 练 习 1．如图所示，望远镜的物镜的直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样做的目的是（ A ） A．这样可以会聚更多的光，使得所成的像更明亮 B．这样可以扩大视角，使我们看到更广阔的宇宙 C．这样做既美观又有气势 D．这样做可以使物镜焦距更长，从而使人看得更远 2．用普通望远镜观察远处的物体时，突然有一只小飞虫飞到了物镜上，则视野中（ B ） A．出现了一只大飞虫 B．不会出现飞虫或黑点 C．出现了一个大黑点 D．出现了一只小飞虫 3．如图是2023年9月29日夜空出现的“超级月亮”.下列对“超级月亮”的解释，你认为比较合理的是（ B ） 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 4．望远镜能使 远处 的物体在近处成像，通过 增大 （选填“增大”或“缩小”）被观察物体的视角，帮助人们用肉眼看清物体． 5．如图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倒立、缩小的实像，落在目镜 一 倍焦距以内的位置；这个实像经过目镜成一个正立、 放大 的虚像.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 远视 （选填“近视”或“远视”）镜片来代替． 6．小明用两个凸透镜自制了一个望远镜，其中物镜的焦距约为20 cm，直径约为5 cm，目镜的焦距约为10 cm，直径约为4 cm，则他制作的望远镜放大倍率为 2 倍；若他想增大望远镜的放大倍率，应重新选择一个焦距更大的 物镜 （选填“目镜”或“物镜”）． 7．如图是自制水滴显微镜并探究它的工作原理的实验.如图甲所示，在白屏上画一个箭头，放在透明磁带盒的下方，在磁带盒的上表面滴一滴水，小水滴可看作一个焦距很小的 凸 透镜.如图乙所示，制作一个显微镜，图中标出的凸透镜的作用与 放大镜 （选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）的作用类似． 板 书 设 计 跨学科实践：自制天文望远镜 一、天文望远镜的原理 1．构造：物镜和目镜 2．原理：物镜焦距较长，相当于照相机镜头，成倒立缩小实像；目镜焦距较短，相当于放大镜，成正立放大虚像；二次成像所成的像比物体小，但由于像靠近眼睛，所以增大了视角，能看得清楚。 二、制作和调试天文望远镜 1．制作镜筒； 2．固定物镜和目镜； 3．制作寻星镜； 4．观察不同距离的远物。 三、用天文望远镜观察月球 1．用裸眼之间观察月球； 2．用自制的天文望远镜观察月球或其他星球； 3．了解我国古代对月相的记载； 4．了解中国探月工程。 四、交流评价 课 堂 小 结 跨学科实践：自制天文望远镜 作业布置 1．独立完成或小组合作，设计并制作天文望远镜； 2．用自制的天文望远镜观察月球或其他星球。 教学反思 / 学科网（北京）股份有限公司 $$