跨学科实践：自制天文望远镜（培优教学课件）物理苏科版2024八年级上册

江苏凤凰科学技术出版社 第三章 光的折射 透镜 在古代，人们就渴望认识神秘的宇宙。 他们崇拜眼睛，想象把自己的眼睛延长…… 透镜使人们的夙愿成为现实。 眼镜，矫正人的视力； 显微镜、望远镜，延展人类的视觉空间； 照相机，捕捉美好瞬间。 ………… 这些形形色色的仪器，乃至我们的眼睛，都与透镜成像有关。 透镜为什么能成像？ 透镜成像有什么特点？ 跨学科实践 自制天文望远镜 八年级上册•苏科版（2024） 一、任务与要求 二、交流与评估 三、 提升训练 学习内容 学习目标 激发对天文学的兴趣，培养勇于探索、实事求是的科学精神，增强民族自豪感。 情感态度与价值观 了解天文望远镜的基本结构与成像原理，解释凸透镜成像规律在其中的应用；依据原理，准确选择材料，规范制作简易天文望远镜，能熟练调节以清晰观测远处物体。 知识与技能 在制作过程中，提升动手实践、观察分析能力，学会团队协作与交流；通过观察天体，培养科学探究与记录能力。 过程与方法 1. 理解天文望远镜的结构与成像原理； 2. 掌握自制天文望远镜的方法与步骤。 教学重点 3. 理解复杂的成像过程，解决制作中遇到的技术问题，如光轴校准、焦距匹配。 教学难点 重难点 4 导入新课 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！ 一、任务与要求 跨学科实践：自制天文望远镜 任务一、了解望远镜 观察远方的物体 1.望远镜的作用 以开普勒望远镜为例，如右图所示。望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个凸透镜，靠近眼睛的叫作目镜，靠近被观测物体的叫作物镜。 2.构造 开普勒望远镜 任务一、了解望远镜 3.望远镜的工作原理 极远处物体射来的光 物镜 目镜 F物 F物 极远处的物体 物镜 （照相机） 倒立、缩小的实像 目镜 （放大镜） 正立、放大的虚像 第一次：倒立、缩小的实像 第二次：正立、放大的虚像 任务一、了解望远镜 4.放大倍率 如下图所示，此望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之比，即：放大倍率= 开普勒望远镜 任务一、了解望远镜 视频：望远镜的工作原理 任务一、了解望远镜 【典例1】如图是简易天文望远镜内部结构。远处的物体经过物镜成一个       、       （分别填写“倒立”“正立”与“放大”“等大”“缩小”）的实像，这个实像经过目镜成一个正立      像（选填“虚”或“实”）。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。 【详解】[1][2][3][4]望远镜中物镜的作用是使远处的物体成倒立、缩小的实像，这个倒立、缩小的实像正好落在目镜焦距内的位置，目镜的作用相当于一个放大镜，这个实像经过目镜成一个正立、放大的虚像。因远视眼的镜片是凸透镜，所以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镜片来代替。 倒立 缩小 虚 远视 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。 1.确定望远镜的放大倍率 提示：自制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，放大倍率不宜过大，取放大倍率 2~3倍即可 。 任务二、自制天文望远镜 任务二、自制天文望远镜 提示： （1）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。 （2）物镜焦距越大，目镜焦距越小，放大倍数就越大。 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。 思考:（1）为什么物镜直径要比目镜直径大一些? （2）为什么以焦距较大的为物镜、焦距较小的为目镜呢? 用凸透镜观察物体 3.设计和制作望远镜 任务二、自制天文望远镜 （1）设计镜筒 ①计算望远镜伸缩长度的尺寸，镜筒最长伸长为f物＋f目， 观察较近处物体时 , 两块凸透镜间的距离要稍大些。 ②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之间的距离。 两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜之间焦距的和。 ①镜筒材料选择 选择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，如右图所示。物镜的镜筒比目镜的镜筒粗一些，便于使用时调节两块凸透镜间的距离。 任务二、自制天文望远镜 （2）制作望远镜 ②镜筒制作 制作时，可以根据凸透镜的焦距、直径等数据，以及对镜筒长度的要求，利用身边的物品（如装羽毛球的筒）或截取适当尺寸的长方形纸板，并把它卷起来制成镜筒。 注意镜筒两端镶嵌的凸透镜要用双面胶固定好，防止在使用时倾斜，影响观察效果。 任务二、自制天文望远镜 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，如图所示。将望远镜固定在三脚架上。观察时，首先通过寻星装置找到目标星球，再通过望远镜进行观察。 任务二、自制天文望远镜 （3）制作寻星装置 任务二、自制天文望远镜 视频：自制望远镜 任务三、用天文望远镜观察月球 (1)把目镜镜筒插入物镜镜筒内，目镜放眼前，通过对镜筒长度的调整，改变目镜与物镜的距离，直到在望远镜中看到远处物体清晰的像为止。 1.试用与调整 (2)通过望远镜观察到远处物体的像是倒立的。 方法一：使用两个相互垂直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。 任务三、用天文望远镜观察月球 通过望远镜，可以观察到倒立放大的像。思考：如何通过望远镜看到正立的像？ 方法二：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。 任务三、用天文望远镜观察月球 2. 用裸眼直接观察月球 (1)月相的概念 月球相貌的变化叫月相。月相是地球上的人看到的视觉形态，即被照亮的月面。 (2)月相的形成 造成月相的主要原因是月球本身不发光，靠反射太阳光才能发亮，同时月球在绕地球公转，地球又在绕太阳公转，因此，日、地、月三者的相对位置在不断变化，地球上看到的月球被太阳照亮的部分就显示出不同的位相。 任务三、用天文望远镜观察月球 (3)月相的变化 在一个月中，月球的月相要经历新月、上弦月、满月、下弦月等一系列的变化。 月 地球 太阳 【新月】 地球、月球和太阳大致在同一条直线上，并且月球在中间。出现时间在每月农历初一，视觉上不可见。 任务三、用天文望远镜观察月球 【上弦月】 地球、月球和太阳大致成直角，出现时间在每月农历初七、八，视觉上成半圆，月面朝西。 月 地球 太阳 【满月】 地球、月球和太阳大致在同一直线上，地球居中。每月农历十五、十六出现，视觉上是一轮明月 月 地球 太阳 上弦月 满月 任务三、用天文望远镜观察月球 【下弦月】 地球、月球和太阳大致成直角，出现时间在每月农历二十二、二十三，视觉上成半圆，月面朝东。 月 地球 太阳 下弦月 任务三、用天文望远镜观察月球 (1)月貌 月球表面布满了大大小小的圆形凹坑，称为“月坑”，大多数月坑的周围环绕着高出月面的环形山。小的环形山直径不足10km，大的环形山直径有100km以上，很多大的环形山都有名字，如哥白尼环形山、张衡环形山等。绝大多数的环形山是由外来星体的撞击而形成的。 3. 用自制天文望远镜观察月球 任务三、用天文望远镜观察月球 （1）按小型望远镜的安装和调试说明，在空旷的高地或楼顶上安置好望远镜。 （2）选择风比较小、满月前后的晴夜，用倍率比较大的目镜，并在物镜前加置滤光片观察月球表面，可以取得较好的观测效果。 （3）为了有效地绘制月面图，可以在望远镜目镜下面放置一块投影屏。在投影屏上放置直径为8~10 cm的圆形白纸，用于绘制月面图。转动并调节望远镜，使望远镜的东西线与月面图纸东西方向一致，调节望远镜焦距，使月面清晰地投影于圆形纸上。 (2)使用自制天文望远镜观察月球的步骤 任务三、用天文望远镜观察月球 （4）观测月面，并将月面上的凹凸明暗处用笔轻轻描绘出来，观测完后再加工整理。 （5）可在满月、上弦月或下弦月时进行多次观测，绘制不同时期的月面图进行比较。 任务三、用天文望远镜观察月球 2004年，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。 2007年10月24日，“嫦娥一号”成功发射升空，在圆满完成各项使命后，于2009年按预定计划受控撞月。 2010年10月1日，“嫦娥二号”顺利发射，也已圆满并超额完成各项既定任务。 2020年11月24日，在文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射嫦娥五号探测器，开启了我国首次地外天体采样返回之旅。 2020年12月17日，嫦娥五号返回器携带月球样品1731克，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。 2024年5月3日，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在文昌航天发射场成功发射，准确进入地月转移轨道。 4. 中国探月工程 任务三、用天文望远镜观察月球 【典例2】2016年11月14日夜空出现的“超级月亮”如图所示。下列对“超级月亮”的解释，你认为比较合理的是（　　） 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 B 【详解】超级月亮是指月亮距离地球最近的状态，此时，月亮围绕地球转动，到达离地球最近的地方，距离我们最近，使视角增大，所以我们看到的月亮好像比平时的增大了。实际上月亮本身的大小不变。 二、交流与评价 跨学科实践：自制天文望远镜 二、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，以及基于观察提出的问题和进一步探究的设想等。 二、交流与评价 3. 对自制天文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。 三、提升训练 跨学科实践：自制天文望远镜 提升训练 1. 我国在2024年将会发生两次日月食，第二次预计在2024年10月2日，发生日全食和月偏食。每次月全食都会有很多天文爱好者使用望远镜欣赏，还有人用摄像头记录下整个过程，对于以下说法正确的是（　　） A．望远镜的物镜相当于投影仪 B．通过摄像头所成的像是正立、放大的 C．通过望远镜的物镜成倒立缩小的实像 D．月亮在摄像机镜头的二倍焦距之内 【详解】AC．望远镜的物镜是凸透镜，观察月亮时，月亮在物镜的二倍焦距之外，根据凸透镜成像规律，望远镜的物镜成倒立缩小的实像，与照相机的成像原理相似，所以望远镜的物镜相当于照相机，故A错误，C正确； C BD．摄像机的镜头是凸透镜，用摄像头记录月全食，月亮在摄像机镜头的二倍焦距之外，根据凸透镜成像规律，此时摄像机镜头所成的像是倒立缩小的实像，故BD错误。 提升训练 2．如图甲所示是福建的天文爱好者颜明哲通过纯手工打磨镜片自制的望远镜，该望远镜不仅可以看到8亿公里外的木星，甚至能清晰地看到木星表面的斑纹，图乙是该望远镜内部结构及光路示意图。下列关于该自制望远镜的说法正确的是（　　） A．颜明哲通过纯手工磨制的镜片是凹透镜 B．看到8亿公里外的木星只利用了光沿直线传播 C．清晰看到木星表面的斑纹时物镜的成像原理与照相机相同 【详解】A．望远镜的目镜和物镜都是由凸透镜组成，所以颜明哲通过纯手工磨制的镜片是凸透镜，故A错误； C B．光线通过望远镜的凸透镜，发生了折射，故B错误； CD．望远镜的目镜相当于放大镜，成正立的放大的虚像，物镜相当于照相机，木星到物镜的距离u满足u＞2f，成倒立缩小的实像，故C正确，D错误。 提升训练 正立 （1）与A’B’对比，目镜L2所成的像是一个______（选填“正立”或“倒立”）、       （选填“实像”或“虚像”）； 虚像 提升训练 （2）物镜的成像原理与 是一致的； A．放大镜        B．照相机        C．幻灯机 （3）使用显微镜观察时，如果光线过强，应选择 ； A．平面镜       B．凹面镜 （4）用显微镜观察写有字母“b”的装片，视野中看到的图像__(选填“b”、“p”、“q”或“d”）。 C A q 八年级上册•苏科版（2024） 谢谢！ 一份耕耘，一份收获 Lavf59.27.100 Lavf58.46.101 $$