第三章光的折射 透镜 跨学科实践 自制天文望远镜 2025-2026学年苏科版八年级物理上册

该初中物理课件以“自制天文望远镜”为核心，围绕凸透镜成像规律、望远镜原理展开，通过古代青铜纵目面具的“千里眼”想象导入，连接现代天文探索，搭建从文化情境到科学原理的学习支架。 其亮点在于跨学科实践与科学探究融合，引导学生选透镜、制套筒、设计寻星装置，结合月球观察（记录月相、中国探月工程）培养科学思维。评价量表多维度评估，强调安全与合作，提升学生实践能力与探究兴趣，为教师提供完整的实践教学方案。

跨学科实践 ——自制天文望远镜 利用我们所学的知识,设计并制作一架简易天文望远镜,观察月球或木星、土星等,相信一定会非常有趣! 古代人对世界充满着好奇,很想知道宇宙里有什么,但仅凭肉眼看周围世界是有限的,于是他们就赋予美好的想象,希望能借助于超能力认识世界。他们发挥自己的设想,制造出大型青铜纵目面具,夸张的是凸出的双眼和舒展的大耳,盼望获得“千里眼”“顺风耳”。人们不断地努力探索,期盼实现这一愿望。仰望星空,我们也不禁浮想联翩。今天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。 大型青铜纵目面具 情境引入 一、自制天文望远镜 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3-50所示。你看到的像有什么特点? 任务与要求 图3-50 u1＞2f1 u2＜f2 u＞2f 时物体经物镜成倒立缩小实像, 此实像又在u＜f 时经过目镜成正立放大虚像。 照相机 ～ 放大镜 ～ 了解望远镜的原理: 想一想：如何制作简易照相机？ 对比与设计 1.针孔照相机 M N 2.数码照相机 半透明纸周围较亮, 成像不明亮且模糊. A B A′ B′ 成缩小的像. 创造较暗的环境. 借助于放大镜. 3.设计望远镜 远处物成像小, 套筒长度有限. A B A′ B′ B′′ A′′ 半透明纸 三脚架可用木条或竹竿制作 2.分别把物镜和目镜固定在两个圆筒的一端,将两个圆筒开口端套在一起,如图3-51所示。物镜和目镜间距等于两焦距之和,套筒长度与之适配。 3.再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3-52所示。 4.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。 图3-51 利用光的直线传播原理, 物体物镜目镜三点一线. 图3-52 制作: 1.选择材料: 两个套筒,物镜和目镜,固定装置,三脚架等。 遮光套筒 切口 制作材料 透镜组 长短、粗细、材质不同的套筒 不同厚度的泡沫纸 1. 使用剪刀等工具时注意安全。 4. 分享你们小组制作的望远镜。 2. 每个小组推选一位同学作为交流发言人。 提醒和建议 3. 制作完成后,将望远镜固定到三脚架上,便于观察。 二、用天文望远镜观察月球 1.用裸眼直接观察月球。 选择周围没有灯光干扰的环境,可以在多个夜晚多个时段 进行观察,了解月球上升和下落,以及月相的变化情况。 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。 峨眉月 上弦月 凸月 满月 下弦月 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。 交流与评价 评价量表 任务 维度 水平3 水平2 水平1 水平0 改进望远镜 功能性 大小套筒的长度能够灵活调节;安装有寻星装置;放大倍率合适,清晰度和对比度都很好. 大小套筒的长度可以调节;安装有寻星装置;清晰度较高. 大小套筒的长度可以调节;没有寻星装置;清晰度较高. 望远镜的套筒不能调节;没有寻星装置. 美观性 做工精细,美观轻便,支架稳定,方便携带. 做工精细,美观,支架稳定. 美观,支架稳定. 做工粗糙,支架不稳定. 内容梳理 素养进阶 1.水中池底变 是光从 中斜射入 中,在 发生 ,偏 法线,沿折射光线反向看到物体变 的 像.日出日落是光通过不均匀的空气发生折射看到的太阳的 像,比实际太阳的位置都 . 2.观察光的折射现象时,显示空气和水中光路方法空中 ,水中 ,利用了 反射,记下光路方法 .记下玻璃砖内部光路方法是描出玻璃砖 . 3.如图向水槽加水,底部光斑将向 移,水位上升,入射角α ,折射角γ____,γ α. 右图一束光在空气玻璃界面上发生反射和折射情况,通过先找两角相等,判断法线为 ,法线一侧仅有的一条光线为 入射光线,界面一侧仅有一条光线 为折射光线.侧面看光线与法线重合,说明它们共面.界面左侧为 ,空气中光线与法线的夹角较 ,光从玻璃进入空气速度变 . 知识梳理 浅 水 空气 水面 折射 离 浅 虚 虚 高 喷烟雾 滴牛奶 漫 描两点画光线 两侧的入射点画光线 左 不变 不变 小于 CD EO OG 玻璃 大 大 4.光的折射特点:当光从一种介质 入另一种介质时,折射光线、入射光线和法线 ;折射光线和入射光线分别位于法线 ;入射角增大时,折射角也随之 .光垂直于介质表面入射时,传播方向 ,折射角等于 . 光从空气斜射入水(或玻璃)中时,折射光线 法线,即折射角 入射角;光从水(或玻璃)斜射入空气中时,折射光线 法线,即折射角 入射角.空气中角 . 5.人看到的水中鱼(是 像)比实际鱼的位置要 ,叉鱼应沿虚像的 ;用光照到鱼身上应对鱼的 照.鱼看岸上的人比实际位置要 ,人鱼能互相看到对方说明了 . 6.辨别透镜方法有⑴用手摸, ; ⑵用眼看, ; ⑶用光照, . 7.凸透镜对光有 作用,使光线对主光轴 些.凹透镜对光有 作用,使光线对主光轴 些.一束光斜射入三棱镜中,出射光线将向 偏折,红光偏折程度 . 斜射 在同一平面内 两侧 增大 不变 零 偏向 小于 偏离 大于 大 虚 浅 下方 虚像 高 折射光路是可逆的 中央厚边缘薄的是凸透镜,反之为凹透镜 通过透镜近看课本上的字,成放大像的为凸透镜,反之为凹透镜 对光有会聚作用的是凸透镜,反之为凹透镜 会聚 收拢 发散 散开 底边 小 8.焦点(F ):凸透镜能使 叫焦点, 焦距(f ):是 的距离.测量凸透镜焦距方法:用平行光(如太阳光) 凸透镜照射,在透镜的另一侧用光屏找到 ,测出 的距离即焦距. 相同材料的凸透镜表面越凸,焦距越 ,聚光能力越 .色光中红光通过凸透镜,偏折程度 ,测得凸透镜焦距变 . 9.过凸透镜光心的光线方向 .平行主光轴光线通过凸透镜 .焦点的光过凸透镜 主光轴. 过凹透镜光心的光线方向 .平行主光轴的光线通过凹透镜变成发散光线,反向延长交于 .过此虚焦点与折射点延长画出发散光线,射向凹透镜虚焦点的光线 于主光轴射出.(画图) 平行于主光轴的光会聚于一点 焦点到光心 正对 最小亮点 小亮点到光心 小 强 小 大 不变 焦点 平行 不变 虚焦点 平行 F F O F F O 10.凸透镜成像规律(物距(u)物体到光心距离,像距(v)像到光心距离.) 口诀:⑴一倍焦距分虚实;二倍焦距分大小. ⑵实像异侧像倒立;物近像远像变大.  ⑶虚像同侧像正立;物远像远像变大. ⑷像与像距同步变,轴向像随物体移; 上下物像反向移,透镜下移像跟随. 11.凸透镜成像实验:⑴安装:三心 ,目的 . ⑵记录:像的 和 .⑶选用烛焰或F形光源,而不用铅笔等做物体,是为了使成像 ,铅笔等物体能成像因光线弱找不到像,找像时应使屏上成像最 ,否则测出像距不准确.成实像时,u＞2f时,光屏必须在_____之间才能找到像;f＜u＜2f光屏必须在 位置才能找到像;物体靠近凸透镜,像将 ,像变 (蜡烛变短烛焰下降,像将  );移去光屏,原位置仍有 .u＜f时,光屏上 ,应采取操作是 . u=f时,移动光屏观察到  .⑷书本挡住了部分凸透镜,烛焰在光屏上所成的像 .⑸实验时光屏上得不到像原因有 .⑹实验用有方格的F形光源代替蜡烛以及用相同大小的方格光屏好处是便于比较 ;便于观察 的实像.所成的像不晃动.蜡烛会变短.使用F形光源更安全、环保. 在主光轴上 使像成在光屏中央 在同一高度 性质 u 、v 亮度更大 清晰 1f～2f 大于2f 远离凸透镜 大 向上移 实像 无像 取走光屏,通过透镜看有虚像 大小不变的圆形光斑 仍完整但变暗 ①三心不等高共轴;② u=f ;③ u<f 像与物的大小 倒立 12.测凸透镜焦距方法有⑴ ,将平行光 凸透镜,用光屏在另一侧找 ,测小亮点到 的距离即焦距;⑵ 测焦距法,三心同轴靠近,物体与光屏等距离开凸透镜,成像最清晰时,u=v= ; ⑶ ,v≈f.将凸透镜正对窗户(10f外),在透镜另一侧用光屏找到窗户清晰的像,像距为10cm,该透镜距离约 ,理由是u＞10f物体通过凸透镜成的像几乎靠近 ,此时v≈f . 13.投影仪中镜头相当于 ,作用是将投影片上的图像通过凸透镜成_______________,平面镜的作用是改变 ,使实像成在投影幕上.将投影仪屏幕上的画面再调得大一些.为此应适当 (增大/缩小)投影仪与屏幕的距离,并将凸透镜适当 (靠近/离开)投影片. 平行光会聚法 正对 最小亮点 光心 2f处物像等大 2f 10f外物体成像法 10cm 焦点 凸透镜 倒立放大的实像 光的传播方向 增大 靠近 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 cm 14.照相机的原理是 ,镜头相当于 ,胶片相当于 (物体/光屏),使胶片上像变大方法是:使照相机机身_____ (靠近/离开)物体,同时 镜头与胶片距离,胶片位于 之间.在镜头上有小的昆虫,胶片上 (有/没有)昆虫的像,u＜f昆虫在胶片上无像. 15.人眼晶状体相当于照相机的 ,它能将光线会聚在 上,视网膜相当于照相机的 .观察物体时,物体在视网膜上成 像.物体与人眼的距离改变时,人眼可以通过调节肌肉的松紧来改变 的弯曲度,即改变晶状体的 ,使物体仍在视网膜上成像.(物近f小v定像变大) 16.近视 处看不清(要移 看),像成在视网膜 ,配戴 透镜,使光 ,使像 移. 远视 处看不清(要移 看),像成视网膜 面,配戴 透镜,使光 ,使像 移. u＞2f ,凸透镜能成倒立缩小的实像 凸透镜 光屏 靠近 增大 1f～2f 镜头 视网膜 胶片 倒立缩小实 晶状体 焦距 远 近 前 凹 发散 会聚 后 后 远 近 凸 前 没有 17.王老师看近处课本时要戴上眼镜,观察远处同学时又摘下眼镜,这样非常不方便.王老师的眼睛是 (近视/远视)眼,可以用 透镜来矫正.小军将一种新型眼镜送给了老师,如图镜片A区厚度相同,B区可以矫正视力,现在王老师可以通过 区看书,通过 区看同学,再不需要频繁戴上摘下眼镜. 18.望远镜(望远):f物   f目,一次成像: 成 像;二次成像: _______, 成 像. 显微镜(放大):f物   f目,一次成像: 成 像;二次成像: _______,成 像. 远视 凸 B A ＞ u＞2f u＜f 倒立缩小实 正立放大虚 ＜ f＜u＜2f 倒立放大实 u＜f 正立放大虚 19.图示观察相同的字用的是 ,甲图看到的是字的 像,乙图看到的是字的 像.从甲到乙透镜是逐渐 (靠近/远离)书本的.与图乙所反映的成像相同的光学仪器有 . 20.观察圆形玻璃缸中的一条金鱼有两个像,从上面看到的是变 的虚像,从鱼发出光线的传播路径是 ;从侧面看到的是变 (大/小)的虚像,因为圆形鱼缸相当于 ,能成 像. 凸透镜 正立放大虚 倒立放大实 远离 投影仪 浅 鱼-水-空气-玻璃-空气-人眼 大 凸透镜 正立放大虚 反思提升 1.比较光的反射和光的折射现象,两者有什么共同点和不同点? 相同点:三线共面,两线分居;反射折射光路都是可逆的。 不同点:反射角始终等于入射角;而折射角一般不等于入射角。 2.透镜是精密光学仪器,随意用手触摸它的表面会造成什么不良影响?要判断一个透镜是凸透镜还是凹透镜,有哪些简单方法?说明判断的依据和做法。 用手触摸透镜会使透镜表面沾染污痕或指印。辨别透镜有以下方法: ⑴看:通过透镜观察近处物体,成正立放大的像为凸透镜,反之凹透镜。⑵照:凸透镜能使平行光会聚,而凹透镜能使平行光发散; ⑶晃:观察距透镜较近书上的文字,晃动透镜,若发现像的移动方向总与透镜相同,则该透镜为凹透镜;若发现像的移动方向总与透镜相反,则该透镜是凸透镜。 3.眼睛近视,晶状体发生了怎样的变化?为什么可以用凹透镜进行矫正? 各种色光的偏折角度按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序越来越大。研究发现,红光外侧有具有显著热效应的红外线,用热敏传感器可以检测到;紫光外侧有能使荧光物质发光的紫外线,用荧光物质可以检测到。 近视眼的晶状体变厚。近视眼看不清远处的物体,是因为调节晶状体的弯曲度后,物体的像仍落在视网膜前方。利用凹透镜能使光发散的特点,在眼球前面放一个合适的凹透镜,就能使像向“后移”到视网膜上。 4.太阳光通过三棱镜发生色散,人们认识到白光是由多种色光混合而成。根据上述现象可知,不同色光发生折射时,偏折角度有什么不同?在对色散现象进一步的研究中,又有哪些新的发现?这些发现的实验证据是什么? 问题解决 1.烧杯中只有一条玩具小鱼,图3-53所示是从某一角度观察到的现象。与同学一起观察类似现象,并讨论:从玩具小鱼身上某一点发出的光,可以经过哪些不同的路径传播到观察者的眼中? 小鱼上某点A发出的光经过的路径可能有四条。 路径1:点A发出的光经过容器底面反射,再从水中经烧杯的透明圆柱面折射到空气中,最终进入人眼,成虚像在①处。 路径2:点A发出的光从水中经烧杯的透明圆柱面折射到空气中,最终进入人眼,成虚像在②处。 路径3:点A发出的光在水中传播,经水面折射到空气中，再传播到人眼,成虚像于③处。 路径4:点A发出的光在水中传播,经烧杯的透明圆柱面反射,改变方向后仍在水中传播,再经水面折射到空气中,传播到人眼,成虚像于④处。 2.你能利用周围的景物,不借助其他工具,判断一块平板玻璃厚度是否均匀吗?请说出你的做法和判断的依据。 能判断。做法:透过平板玻璃观察周围的景物,若观察的像与景物相同,则说明平板玻璃厚度均匀;若有所扭曲,则说明平板玻璃不均匀。判断依据:当平板玻璃厚度不均匀时,光线透过平板玻璃后会聚(平板玻璃此处厚,四周薄,类似凸透镜)或发散(平板玻璃此处薄,四周厚,类似凹透镜),使得像扭曲。 3.如图 3-54(a)所示,一束光斜射到三棱镜上,出射光向底面偏折。凸透镜和凹透镜都可近似看成是两个三棱镜的组合,如图3-54(b)所示,请在图上画出折射光线。由此看出,凸透镜和凹透镜分别对光有什么作用? 折射光线如图所示。凸透镜对光有会聚作用,凹透镜对光有发散作用。 4.图 3-55是激光束通过糖水溶液的照片。我们知道,光在均匀介质中是沿直线传播的,为什么在这里看到光传播的路径是弯曲的?自然界中还有许多类似的现象,例如,海市蜃楼;晴朗的夏天,车辆在高速公路上行驶时,前方路面出现的镜面现象;等等。查阅相关资料,了解并试着解释这些现象。 糖水在不同深度处的密度不同,即糖水溶液不均匀。光在非均匀介质中传播时会发生折射,导致所观察的路径弯曲。海市蜃楼常发生在海上或沙漠里,海上空气“低冷高热”,沙漠空气“低热高冷”,空气密度不均匀,太阳光在空气中发生折射与全反射。夏季,在太阳照射下,地面温度高,越接近地面,空气温度也越高,其原理与沙漠中的海市蜃楼相同,如图所示。 $