第5节 跨学科实践：制作望远镜 （教学课件） 物理人教版2024八年级上册

第五章 透镜及其应用 第5节 跨学科实践：制作望远镜 物理八年级上册 •人教版 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 理解望远镜的光学原理，包括凸透镜成像规律，能从物理角度解释望远镜如何实现对远处物体的观察。 02 科学思维 运用科学推理和分析能力，设计合理的望远镜制作方案，优化望远镜的结构和性能，培养创新思维和解决实际问题的能力。 03 科学探究 通过自主探究和小组合作，完成望远镜的制作过程，学会收集、分析和处理实验数据，总结制作过程中的经验和教训，提升科学探究能力。 04 科学态度与责任 在制作望远镜的过程中，培养严谨的科学态度和勇于尝试的精神，增强对科学技术的兴趣和热爱，树立正确的科学价值观，认识到科学技术对人类生活的重要影响。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 望远镜的基本构造和成像原理。 2. 简易望远镜的制作方法。 1. 理解“视角”与“像的大小”的关系。 2. 制作过程中镜片间距的调整，需等于物镜与目镜焦距之和。 课堂引入 古人只能肉眼观星，而我们能看清月球表面的沟壑，依靠的是什么工具？它为何能让遥远的天体‘变近’？ 古人眼中的月球 现代人眼中的月球 项目提出 项目提出 科学家利用巨大的天文望远镜接收来自遥远星系的信息。通过分析这些信息，人们对宇宙了解得越来越深入了。根据透镜成像的知识，你也可以自己制作一个如右图所示的望远镜。或许你能用它获得新的发现呢！ 自制天文望远镜 项目分析 可以使用家里的放大镜镜片或老花镜镜片并通过平行光测焦距法测出它们的焦距。另外,还可以网购凸透镜片,购买时根据方案选择合适焦距的镜片。由于物镜用来会聚远处传来的光,进入物镜的光越多,成像越清晰因此物镜应选择直径较大的凸透镜。 项目分析 1.镜片的选择 简易望远镜使用单片凸透镜作为目镜和物镜.选择焦距较大的凸透镜作为物镜,焦距较小的凸透镜作为目镜,望远镜的放大倍率可以通过公式n=，为保证成像质量，放大倍率为2~3倍。 项目实施 2.望远镜的放大倍率 可以选择较硬的纸张卷成长筒状作为镜筒或使用能找到的圆纸筒、PVC管等制作镜简. 镜简的长度：观察远处景物时,望远镜镜筒的长度约等于物镜焦距和目镜焦距之和；而观察近处景物时，镜筒的长度略大于物镜焦距和目镜焦距之和。 项目实施 3.设计镜筒 项目实施 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 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 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 一、了解望远镜 5. 视角 （1）概念:视角是从物体两端(上、下或左右)向人眼所引两条直线间的夹角，如图所示. α （2）影响视角大小的因素: ①物体的大小；②物体与人眼的距离。 当物体与眼睛的距离一定时，较大的物体视角大 当物体的大小一定时，距离近的物体视角大 一、了解望远镜 视频：望远镜的工作原理 一、了解望远镜 【典例1】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（　　） 一、了解望远镜 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 D．木星到物镜的距离u满足f<u<2f（f为物镜的焦距） C 【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； 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f<u<2f ，成倒立缩小的实像，故C正确，D错误。 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 。 二、设计简易望远镜 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 二、设计简易望远镜 3.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。 二、设计简易望远镜 【典例2】小乐同学准备制作一个简易单筒望远镜，来观看校园内远处的美丽的景物。关于简易望远镜的制作，下列说法中正确的是（　　） A．应选择直径较大、焦距较大的凸透镜作为物镜 B．远处的景物通过望远镜的物镜所成的是放大、倒立的实像、 C．若把物镜和目镜的位置互换，仍能看到远处的景物 D．观察室外较近处景物时，目镜的镜筒要稍微向后拉以便看到清晰的像 【详解】A．简易单筒望远镜看作是由两个透镜组成的，靠近人眼的透镜叫作目镜，靠近被观察物体的透镜叫作物镜，目镜的焦距较短，物镜的焦距较长。故A正确； AD 二、设计简易望远镜 B．观看远处的景物时，物体发出的光经物镜折射后成缩小、倒立的实像，故B错误； C．若把物镜和目镜的位置互换，不能看到远处的景物，故C错误； D．观察室外较近处景物时，物近像远像变大，视角增大，目镜的镜筒要稍微向后拉以便看到清晰的像，故D正确。 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。 1. 制作望远镜 三、制作和调试望远镜 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。 三、制作和调试望远镜 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。 （3）制作寻星装置 三、制作和调试望远镜 视频：自制望远镜 三、制作和调试望远镜 (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。 2.试用与调整 (2)通过望远镜观察到远处物体的像是倒立的。 三、制作和调试望远镜 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。 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。 三、制作和调试望远镜 【探索宇宙】 三、制作和调试望远镜 (1)意大利物理学家伽利略是第一位把望远镜指向天空的人。1609年,伽利略用自制的望远镜观察天体,以确凿的证据支持了哥白尼的“日心说”。他还是第一个观察到了木星的卫星、太阳黑子和月球上的环形山的人。 (2)1846年,科学家用望远镜观测到海王星,海王星的发现为万有引力定律提供了有力的支持。 1.使用望远镜探索宇宙的历程 【探索宇宙】 三、制作和调试望远镜 (3)1990年,科学家把哈勃空间望远镜送人太空,使人类观测宇宙的能力空前提高。 (4)目前,人类用射电望远镜已能观测到约 130亿光年处的宇宙空间情况。 1.使用望远镜探索宇宙的历程 【探索宇宙】 三、制作和调试望远镜 2.我们的宇宙 宇宙是一个有层次的天体机构系统 宇宙 （有上千亿星系） 河外星系 银河星系 太阳系 其他恒星系 八大行星：水星、金星、地球、火星、土星、天王星、 海王星 【典例3】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。 三、制作和调试望远镜 课堂小结 课堂小结 探究新知 制作望远镜 ①构造：物镜（相当于照相机）、目镜（相当于放大镜）。 ②原理：远处物体首先通过物镜成倒立、缩小的实像； 目镜把物镜形成的实像放大，得到正立、放大的虚像。 ③视角：从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角。 望远镜物镜所成的像比原物小，通过目镜放大，视角会变得很大。 ④放大倍率：n=f物/f目 ①制作两个镜筒；把物镜与目镜分别固定在镜筒一端。 ②调试：调节镜筒长度，在望远镜中可以看到远处的像。 ①探索宇宙历程：伽利略望远镜、哈勃空间望远镜、射电天文望远镜。 ②宇宙是个有层次的天体结构系统：宇宙、银河系、太阳系、地月系。 制作 望远镜 望远镜与宇宙探索 望远镜 原理 课堂练习 1．小婷翻阅资料和询问老师了解到望远镜原理，制作了简易望远镜，在跨学科实践：制作望远镜课上，小婷制作的望远镜受到老师和同学们的一致好评，那么小婷不是根据以下哪个知识点制作出的望远镜（   ） A．它的物镜和投影仪的原理相同 B．它的物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像 C．它的目镜和放大镜的原理相同 D．它的目镜焦距要小于物镜焦距 课堂练习 探究新知 A 课堂练习 探究新知 A 2．“天问一号”火星探测器到达火星，标志着我国在太空探测领域更进一步，为人类探索浩瀚宇宙作出了中国贡献。下列空间尺度最小的是（　　） A．空间站 B．银河系 C．太阳系 D．火星 课堂练习 探究新知 C 3．如图所示是同学们自制的望远镜结构图，关于设计简易望远镜，下列说法合理的是（　　） A．目镜的焦距比较长，物镜的焦距比较短 B．目镜的直径应大一些，物镜的直径要小一些 C．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 D．目镜焦距和物镜焦距的比值越大成像质量越好 课堂练习 探究新知 C 4．关于如图所示的望远镜，下列说法正确的是（   ） A．靠近眼睛的镜片为物镜，靠近被观测物体的镜片为目镜 B．它的物镜和目镜都是凹透镜 C．它的物镜相当于照相机 D．它的物镜成倒立放大的实像 5．为了观察太阳系内的各种行星，同学们在老师的指导下制作了开普勒望远镜，小滨制作的望远镜原理如图，该望远镜由两个凸透镜组成，物体经过两次折射成像。其中物镜和目镜的焦距分别为f物、f目。下列有关望远镜的说法正确的是（　　） A．生活中与图中目镜工作原理相同的工具是投影仪 B．生活中与图中物镜工作原理相同的工具是放大镜 C．望远镜的放大倍率为目镜的焦距与物镜焦距之比 D．用望远镜看到的月亮比直接用肉眼看到的月亮大 课堂练习 探究新知 D 课堂练习 探究新知 照相机 f1<v<2f1 变小 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 物理八年级上册 •人教版 Lavf59.27.100 Lavf58.46.101 $