5.5《 跨学科实践：制作望远镜》 ----2025-2026学年人教版物理八年级上学期

5.5《跨学科实践：制作望远镜》 课时考点： 1. 望远镜原理：理解望远镜的成像原理，包括物镜和目镜的作用； 1. 制作材料与工具：掌握制作望远镜所需的材料和工具； 1. 制作步骤：能够按照正确的步骤制作望远镜； 1. 调试与优化：学会对制作好的望远镜进行调试和优化。 一、单选题（10道） 1. 望远镜的物镜作用是使远处的物体在焦点附近成（ ） · A. 正立、放大的虚像 · B. 倒立、放大的实像 · C. 正立、缩小的虚像 · D. 倒立、缩小的实像 1. 制作望远镜时，通常选用焦距（ ）的凸透镜作为物镜。 · A. 较长 · B. 较短 · C. 适中 · D. 以上都不对 1. 小明在制作望远镜时，发现成像不清晰，可能的原因是（ ） · A. 物镜和目镜的焦距不合适 · B. 镜片安装不牢固 · C. 镜筒长度不合适 · D. 以上都是 1. 望远镜的目镜相当于一个（ ） · A. 放大镜 · B. 投影仪 · C. 照相机 · D. 以上都不是 1. 制作望远镜时，为了使望远镜的视野更大，应该选择（ ）的物镜。 · A. 直径较大 · B. 直径较小 · C. 焦距较长 · D. 焦距较短 1. 以下哪种材料不适合用来制作望远镜的镜筒（ ） · A. 硬纸板 · B. 塑料筒 · C. 金属管 · D. 玻璃管 1. 望远镜成像时，从目镜中看到的像与物体相比（ ） · A. 变大了 · B. 变小了 · C. 大小不变 · D. 无法确定 1. 制作望远镜时，调整物镜和目镜之间的距离是为了（ ） · A. 使成像更清晰 · B. 使视野更大 · C. 使望远镜更美观 · D. 以上都不是 1. 若要制作一个简易望远镜，需要用到的光学元件是（ ） · A. 两个凸透镜 · B. 两个凹透镜 · C. 一个凸透镜和一个凹透镜 · D. 以上都可以 1. 望远镜的放大倍数等于（ ） · A. 物镜焦距与目镜焦距的比值 · B. 目镜焦距与物镜焦距的比值 · C. 物镜直径与目镜直径的比值 · D. 目镜直径与物镜直径的比值 二、填空题（10道） 1. 望远镜主要由__和____组成。 1. 制作望远镜的物镜应选择焦距__的凸透镜，目镜应选择焦距____的凸透镜。 1. 望远镜的物镜成__、_的实像，目镜成、___的虚像。 1. 制作望远镜时，镜筒的长度应该略______物镜和目镜的焦距之和。 1. 为了使望远镜成像更清晰，需要调整__和____之间的距离。 1. 望远镜的放大倍数与物镜和目镜的______有关。 1. 制作望远镜的材料有__、_、___等。 1. 在制作望远镜的过程中，需要用到的工具包括__、_、___等。 1. 望远镜成像时，物体通过物镜成的实像落在目镜的______以内。 1. 若物镜的焦距为 ，目镜的焦距为 ，则望远镜的放大倍数 ______。 三、简答题（3道） 1. 请简述望远镜的成像原理。 1. 制作望远镜时，选择物镜和目镜的焦距有什么要求？为什么？ 1. 制作好望远镜后，发现成像不清晰，可能有哪些原因？应该如何解决？ 四、解答题（2道） 1. 已知物镜的焦距为 ，目镜的焦距为 ，求该望远镜的放大倍数。 1. 小明要制作一个望远镜，他找到了两个凸透镜，一个焦距为 ，另一个焦距为 。请你帮他选择哪个作为物镜，哪个作为目镜，并说明理由。如果镜筒长度为 ，是否合适？为什么？ 《跨学科实践：制作望远镜》答案解析 一、单选题（10道） 1. 【答案】D · 【解析】望远镜的物镜相当于照相机，使远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像。 1. 【答案】A · 【解析】制作望远镜时，通常选用焦距较长的凸透镜作为物镜，这样可以使远处的物体成的实像更清晰。 1. 【答案】D · 【解析】成像不清晰可能是物镜和目镜的焦距不合适、镜片安装不牢固、镜筒长度不合适等原因导致的。 1. 【答案】A · 【解析】望远镜的目镜相当于一个放大镜，把物镜成的实像再放大一次。 1. 【答案】A · 【解析】为了使望远镜的视野更大，应该选择直径较大的物镜，这样可以接收到更多的光线。 1. 【答案】D · 【解析】玻璃管易碎，不适合用来制作望远镜的镜筒。 1. 【答案】A · 【解析】望远镜成像时，从目镜中看到的像与物体相比变大了。 1. 【答案】A · 【解析】调整物镜和目镜之间的距离是为了使成像更清晰。 1. 【答案】A · 【解析】制作简易望远镜通常需要两个凸透镜，一个作为物镜，一个作为目镜。 1. 【答案】A · 【解析】望远镜的放大倍数等于物镜焦距与目镜焦距的比值。 二、填空题（10道） 1. 【答案】物镜；目镜 · 【解析】望远镜主要由物镜和目镜组成。 1. 【答案】较长；较短 · 【解析】制作望远镜的物镜应选择焦距较长的凸透镜，目镜应选择焦距较短的凸透镜，这样可以获得较大的放大倍数。 1. 【答案】倒立；缩小；正立；放大 · 【解析】望远镜的物镜成倒立、缩小的实像，目镜成正立、放大的虚像。 1. 【答案】大于 · 【解析】镜筒的长度应该略大于物镜和目镜的焦距之和，以保证成像清晰。 1. 【答案】物镜；目镜 · 【解析】为了使望远镜成像更清晰，需要调整物镜和目镜之间的距离。 1. 【答案】焦距 · 【解析】望远镜的放大倍数与物镜和目镜的焦距有关。 1. 【答案】硬纸板；塑料筒；金属管 · 【解析】制作望远镜的材料有硬纸板、塑料筒、金属管等。 1. 【答案】剪刀；胶水；螺丝刀 · 【解析】在制作望远镜的过程中，需要用到的工具包括剪刀、胶水、螺丝刀等。 1. 【答案】一倍焦距 · 【解析】物体通过物镜成的实像落在目镜的一倍焦距以内，才能通过目镜成正立、放大的虚像。 1. 【答案】 · 【解析】若物镜的焦距为 ，目镜的焦距为 ，则望远镜的放大倍数 。 三、简答题（3道） 1. 【答案】望远镜的物镜相当于照相机，使远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像；目镜相当于放大镜，把物镜成的实像再放大一次，最终人眼看到的是正立、放大的虚像。 · 【解析】根据望远镜的成像原理进行回答。 1. 【答案】物镜应选择焦距较长的凸透镜，目镜应选择焦距较短的凸透镜。因为物镜焦距长可以使远处物体成的实像更清晰，目镜焦距短可以获得较大的放大倍数。 · 【解析】从望远镜的成像原理和放大倍数的角度进行分析。 1. 【答案】可能的原因有：物镜和目镜的焦距不合适、镜片安装不牢固、镜筒长度不合适、镜片有污渍等。解决方法：重新选择合适焦距的物镜和目镜；检查并固定好镜片；调整镜筒长度；清洁镜片。 · 【解析】根据制作望远镜的实际情况，分析可能导致成像不清晰的原因，并提出相应的解决方法。 四、解答题（2道） 1. 【答案】已知物镜焦距 ，目镜焦距 ，根据望远镜放大倍数公式 ，可得 。 · 【解析】直接代入公式计算望远镜的放大倍数。 1. 【答案】应选择焦距为 的凸透镜作为物镜，焦距为 的凸透镜作为目镜。因为物镜焦距长可以使远处物体成的实像更清晰，目镜焦距短可以获得较大的放大倍数。镜筒长度为 不合适，因为镜筒长度应该略大于物镜和目镜的焦距之和，即 ，但实际制作时需要考虑镜片的安装等因素，镜筒长度应略大于 。 · 【解析】根据望远镜物镜和目镜的选择原则进行判断，再结合镜筒长度与焦距的关系进行分析。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 5.5《 跨学科实践：制作望远镜》课时教案 学科：初中物理 年级册别：八年级上册 共1课时 教材：人教版《义务教育教科书·物理（八年级上册）》 授课类型：跨学科实践课 第1课时 教材分析 教材分析 本课节选自人教版八年级上册第五章《透镜及其应用》的最后一节，属于“跨学科实践”模块，旨在通过动手制作简易望远镜的实践活动，融合光学原理、工程设计与科学探究能力。内容以凸透镜成像规律为核心，引导学生理解物镜与目镜的组合原理，掌握望远镜的基本结构与放大功能。该课不仅是对前几节知识的综合运用，更体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课标理念，培养学生的科学思维、创新意识与实践能力。 学情分析 八年级学生已掌握光的折射、凸透镜成像规律等基础知识，具备一定的实验操作能力和空间想象能力。他们对天文现象充满好奇，尤其是星空观测类活动具有强烈兴趣。然而，部分学生在理解“物镜成实像、目镜再放大为虚像”的复合成像过程时存在困难，容易混淆物距、像距与焦距的关系。此外，动手能力差异较大，小组协作中可能出现分工不均或工具使用不当的问题。教学中需借助真实情境任务驱动，通过分层指导、可视化模型和实物演示突破难点，激发全体学生的参与热情。 课时教学目标 物理观念 1. 能够运用凸透镜成像规律解释望远镜中物镜与目镜的工作原理，理解其“先成实像，再放大虚像”的双重作用机制。 2. 能够说明望远镜的放大倍数与物镜、目镜焦距之间的关系，初步建立“光学系统设计需考虑参数匹配”的概念。 科学思维 1. 能在真实问题情境中提出“如何用两个凸透镜组合出清晰放大的远景图像”的探究问题，并设计实验方案进行验证。 2. 能通过调整透镜间距、观察成像效果的变化，归纳出望远镜最佳工作状态的判断标准，发展归纳推理与批判性思维能力。 科学探究 1. 能按照步骤完成望远镜的组装流程，独立或合作完成“调焦—对准—成像—优化”全过程，提升动手实践能力。 2. 能记录实验数据（如透镜焦距、距离变化、成像清晰度），并用表格形式呈现结果，形成证据支持结论的习惯。 科学态度与责任 1. 在小组合作中主动承担角色任务，尊重他人意见，体现团队协作精神与责任担当。 2. 感受望远镜作为人类探索宇宙的重要工具，增强对科学技术发展的敬畏感与探索未知的使命感。 教学重点、难点 重点 1. 理解望远镜中物镜与目镜的协同工作原理，能准确描述成像路径： 物镜→成倒立缩小的实像于焦点附近；目镜→将此实像作为“物体”再次放大为正立虚像。 2. 掌握望远镜组装的关键技术：确定两透镜间的合理距离（近似等于物镜焦距+目镜焦距），并通过微调实现清晰成像。 难点 1. 理解“物镜所成实像位于目镜一倍焦距以内”这一关键条件，是目镜能起到放大作用的前提，学生易误认为“只要两透镜靠近就能放大”。 2. 在无刻度尺辅助下，通过视觉判断成像清晰度并进行精准调焦，需要较强的观察能力与耐心，对部分学生构成挑战。 教学方法与准备 教学方法 议题式教学法、情境探究法、合作探究法、讲授法 教具准备 凸透镜（f=10cm、f=5cm各1个）、硬纸筒、卡纸、胶带、小灯泡、支架、白屏、投影仪、PPT课件 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入：仰望星空，追寻星辰之光 【5分钟】 一、创设情境，激发探究欲望 （一）、播放视频，引发共鸣 教师播放一段哈勃望远镜拍摄的星系影像视频，配以旁白：“在遥远的宇宙深处，藏着无数未解之谜。而人类的眼睛虽有限，却从未停止眺望。早在几百年前，伽利略第一次用自制望远镜指向天空，开启了人类认知宇宙的新篇章。” 提问引导：“如果现在让你亲手制作一台望远镜，你能看到多远？又该如何让它看得更清楚？” 要求学生思考并写下自己的猜想： - 你觉得望远镜靠什么原理放大远处的物体？ - 如果只有一块透镜，能看清月亮吗？为什么？ 预设回答：学生可能说“靠透镜聚光”“靠放大镜”“要两个透镜一起用”，教师及时肯定并板书关键词：“双透镜”“放大”“成像” （二）、展示实物，揭示任务 教师出示一个由两个凸透镜组成的简易望远镜模型，将其对准教室后方黑板上的大字，让学生观察： - “你们看到了什么？文字是否变大了？” - “这个装置看起来像什么？它和我们平时用的放大镜有什么不同？” 引导学生发现：望远镜能看到远处的文字，且图像比单个透镜更大更清晰。 教师引出课题：“今天，我们就化身‘小小天文工程师’，亲手制作一台属于自己的望远镜！目标是：让远处的物体变得清晰可见，还能放大观察！” （三）、明确任务，启动项目 教师发布“星际探索者挑战任务”： > 任务名称：建造你的第一台望远镜 > 任务目标：利用提供的材料，在40分钟内成功组装一台能清晰放大远处物体的望远镜。 > 任务要求： > ① 使用两个凸透镜（一个f=10cm，一个f=5cm）； > ② 通过调节两透镜间距，使成像最清晰； > ③ 记录每组实验中的透镜焦距、距离设置与成像效果； > ④ 小组推选一名代表汇报成果。 教师强调：“这不是拼装玩具，而是科学实验！每一个细节都影响最终效果。” 1. 学生观看视频，被浩瀚宇宙震撼，产生强烈好奇心。 2. 观察教师展示的望远镜模型，尝试用语言描述其外观特征与功能表现。 3. 分组讨论任务要求，提出初步设想，如“是不是要把大透镜放在前面？”“要不要把小透镜放得离远点？” 4. 各组组长领取材料包，确认包含：f=10cm凸透镜1个、f=5cm凸透镜1个、硬纸筒2根、卡纸若干、胶带、小灯泡光源。 一、分组实践，开展制作 （一）、分组分工，明确职责 教师将全班分为8个小组，每组4人，分别担任： - 组长：统筹协调，分配任务，监督进度； - 操作员：负责安装透镜、调整位置； - 观察员：专注观察成像质量，记录变化； - 记录员：填写实验记录表，整理数据。 教师发放《望远镜制作任务卡》，包含以下内容： > 【任务卡】 > 1. 将f=10cm的透镜固定在较长纸筒前端，作为“物镜”； > 2. 将f=5cm的透镜固定在较短纸筒后端，作为“目镜”； > 3. 将两个纸筒套接起来，允许前后滑动调节距离； > 4. 用手持方式，将望远镜对准教室后方黑板上的大字（约6米远），缓慢移动目镜筒，直到图像最清晰为止； > 5. 记录此时两透镜之间的距离（单位：cm），以及成像特点（是否放大？是否倒立？是否模糊？）。 教师巡视指导，重点关注： - 是否正确区分物镜与目镜？（提醒：焦距较长者为物镜） - 是否在移动过程中保持视线稳定？ - 是否出现因遮挡导致无法观察的情况？ 针对个别小组操作混乱的情况，教师采用“示范+口诀”方式介入： “记住口诀：先定物镜，再套目镜；一推一拉找清晰，慢移细看才见效！” （二）、引导观察，聚焦关键现象 当多个小组开始出现清晰图像时，教师组织集中观察： “请所有小组暂停操作，注意看——你们的望远镜里，黑板上的字是什么样子的？” 引导学生描述： - 图像是放大的吗？ - 是正立还是倒立？ - 是否有边缘模糊或重影？ 教师顺势追问：“为什么有的组图像很清晰，有的却始终模糊？你们觉得差距在哪里？” 鼓励学生对比自己与其他组的透镜间距，猜测原因。 教师适时补充：“这背后隐藏着一个秘密——那就是‘焦距’与‘距离’的关系！” （三）、提供模型，突破理解瓶颈 教师利用投影仪播放动态示意图，演示望远镜成像路径： 1. 物体发出的光线经物镜折射后，会聚于物镜后方一倍焦距处，形成倒立缩小的实像； 2. 这个实像恰好落在目镜的前焦点附近（即在目镜的一倍焦距以内）； 3. 目镜将该实像当作“物体”，进一步放大，形成正立放大的虚像进入人眼。 教师特别标注：“只有当物镜所成的实像位于目镜的一倍焦距之内，目镜才能发挥放大作用！” 结合公式提示：“望远镜总长度 ≈ f₁ + f₂ = 10cm + 5cm = 15cm” 提醒学生：“你们刚才调焦时，尽量让两透镜间距接近15cm，这样最容易获得清晰图像。” 1. 小组成员按分工协作，完成透镜安装与纸筒连接。 2. 操作员手持望远镜，缓慢前后滑动目镜筒，反复调整透镜间距，观察成像变化。 3. 观察员持续报告：“图像开始变大了！”“现在有点模糊了！”“对上了！很清晰！” 4. 记录员填写《实验记录表》：如“物镜焦距：10cm，目镜焦距：5cm，间距：14.5cm，成像：清晰、放大、倒立”。 一、交流分享，提炼规律 （一）、小组汇报，展示成果 邀请2个典型小组上台展示： - 第一组：成功调出清晰图像，间距约为15cm； - 第二组：尝试多次但始终模糊，间距仅8cm。 教师引导全班分析： “为什么第一组成功了？第二组失败的原因可能是什么？” 学生讨论后得出： - 第一组透镜间距接近15cm，符合理论值； - 第二组间距太短，目镜无法将物镜所成的实像作为“物体”来放大。 教师总结：“这就是望远镜的核心秘密：必须保证物镜所成的实像位于目镜的一倍焦距之内！” （二）、实验验证，强化认知 教师现场演示：取f=5cm的目镜，将其置于f=10cm的物镜后方，移动至距离为7cm时，观察到图像模糊；再移至15cm处，图像瞬间清晰。 提问：“当目镜距离物镜为7cm时，物镜所成的实像是否在目镜的1倍焦距内？” 学生计算：物镜成像位置在10cm处，目镜焦距为5cm，7cm < 10cm，所以实像在目镜的1倍焦距之外！ 教师强调：“一旦实像在目镜1倍焦距以外，目镜只能成倒立实像，无法放大，故人眼看不到清晰放大的虚像。” （三）、公式揭示，升华理解 教师板书： > 望远镜放大倍数 M = f₁ / f₂ = 10cm / 5cm = 2倍 解释：“物镜焦距越长，放大倍数越大；目镜焦距越短，放大倍数也越大。” 鼓励学生思考：“如果我想要更大的放大倍数，该怎么办？” 学生回答：“换一个焦距更短的目镜！” 教师点头：“没错！这就是科学家不断改进望远镜的方法。” 1. 各组代表上台汇报实验过程与结果，展示望远镜成品。 2. 全班围绕“为何有的清晰、有的模糊”展开讨论，提出假设并验证。 3. 学生根据教师演示，重新审视自身实验数据，修正错误认知。 4. 部分学生尝试更换目镜（如用f=3cm的透镜），观察放大倍数是否增大。 一、课堂小结，梳理脉络 （一）、师生共构知识框架 教师引导学生回顾整节课内容，共同绘制思维导图： - 主题：制作望远镜 - 核心原理：凸透镜成像规律 - 关键步骤：物镜→成实像；目镜→放大虚像 - 成功要素：物镜焦距 > 目镜焦距，间距 ≈ f₁ + f₂ - 放大倍数：M = f₁ / f₂ 教师强调：“这不是简单的手工课，而是一次完整的科学实践——发现问题→设计方案→动手验证→分析结论。” （二）、延伸思考，点燃梦想 教师提问：“如果我们用更大的透镜，或者加上三脚架，能不能看到更远的星星？” “如果有一天，你成为了一名天文学家，你会用什么样的望远镜去探测外星生命？” 鼓励学生课后查阅资料，了解现代天文望远镜的发展历程，如詹姆斯·韦伯太空望远镜、中国FAST射电望远镜等。 教师寄语：“每一次望远镜的转动，都是人类对未知的叩问。愿你们永远保有这份好奇与勇气。” 1. 学生跟随教师回顾本节课的学习路径，复述关键知识点。 2. 举手分享个人感悟，如“原来望远镜不是简单放大，而是有科学依据的”“我以后想研究黑洞”等。 3. 倾听教师寄语，感受科学精神的力量。 一、布置作业，深化实践 （一）、基础作业：记录与反思 1. 完成《望远镜实验报告》：包括实验目的、器材清单、操作步骤、数据记录、结论分析、自我评价。 2. 回答问题： - 为什么望远镜的物镜焦距要大于目镜焦距？ - 如果物镜焦距为20cm，目镜焦距为4cm，理论上放大倍数是多少？ - 若希望放大倍数达到10倍，可以如何选择透镜？ （二）、拓展任务：创意升级 - 用家中废旧材料（如纸盒、吸管、塑料瓶）制作一个“环保望远镜”，并拍照上传班级群。 - 查阅资料，撰写一篇短文《我的望远镜故事》，讲述你如何用它发现了什么奇妙景象。 1. 学生认真听取作业要求，明确任务方向。 2. 对感兴趣的任务进行初步构思，如“我想用矿泉水瓶做镜筒”“我想试试用放大镜做目镜”。 作业设计 一、填空题 1. 望远镜由________和________组成，其中________的作用是成倒立缩小的实像，________的作用是将该实像放大为正立的虚像。 2. 当物镜所成的实像位于目镜的一倍焦距________（填“内”或“外”）时，目镜才能起到放大作用。 3. 一架望远镜的物镜焦距为15cm，目镜焦距为3cm，则其放大倍数为________倍。 4. 制作望远镜时，两透镜之间的距离应大约等于________。 二、简答题 1. 为什么不能只用一块凸透镜来观察远处的物体？请结合成像规律说明理由。 2. 小明用f=12cm的透镜作物镜，f=6cm的透镜作目镜，他将两透镜间距设为10cm，却发现图像模糊。请你帮他分析原因，并提出改进建议。 3. 请设计一个实验方案，验证“望远镜的放大倍数与物镜焦距成正比，与目镜焦距成反比”的猜想。 【答案解析】 一、填空题 1. 物镜、目镜、物镜、目镜 2. 内 3. 5 4. 物镜焦距与目镜焦距之和（f₁ + f₂） 二、简答题 1. 因为单块凸透镜只能成实像，且若物体在二倍焦距以外，成像在焦距与二倍焦距之间，无法被人眼直接观察到清晰的虚像。而望远镜通过物镜成实像，再由目镜放大为虚像，才能实现远距离清晰观察。 2. 原因：物镜成像位置在12cm处，目镜焦距为6cm，10cm < 12cm，说明实像位于目镜一倍焦距之外，目镜无法放大，因此图像模糊。建议：将两透镜间距调至约18cm（12+6），即可使实像落在目镜一倍焦距内，实现清晰放大。 3. 实验方案示例： - 控制变量：保持目镜焦距不变（如f₂=5cm），改变物镜焦距（如f₁=5cm, 10cm, 15cm），测量每次的放大倍数（可通过比较图像大小与原物大小）； - 再控制物镜焦距不变，改变目镜焦距（如f₂=5cm, 10cm, 15cm），测量放大倍数； - 分析数据，绘制图表，得出M ∝ f₁，M ∝ 1/f₂的结论。 板书设计 望远镜制作实验 核心原理：凸透镜成像规律 成像路径： 物镜 → 成倒立缩小实像（f₁附近） ↓ 目镜 → 放大为正立虚像（实像在f₂内） 关键参数： 总长度 ≈ f₁ + f₂ 放大倍数 M = f₁ / f₂ 成功秘诀： 1. 物镜焦距 > 目镜焦距 2. 间距 ≈ f₁ + f₂ 3. 实像在目镜一倍焦距内 教学反思 成功之处 1. 以“星际探索者”为主线贯穿始终，赋予学习任务真实意义，极大提升了学生参与积极性。 2. 通过“实物演示+动态模型+对比实验”三重手段，有效突破“实像位置决定放大效果”这一教学难点。 3. 作业设计注重分层与延展，既巩固知识，又激发持续探究兴趣，体现“双减”背景下素养导向的作业观。 不足之处 1. 部分小组因缺乏刻度工具，难以精确测量间距，影响实验准确性，后续可增加“简易标尺”辅助材料。 2. 个别学生在讨论中发言较少，存在“搭便车”现象，今后应加强小组角色轮换机制与过程性评价。 3. 时间分配略显紧张，最后拓展环节未能充分展开，建议压缩导入时间，预留更多探究空间。 学科网（北京）股份有限公司 $$