第5节 跨学科实践：制作望远镜（举一反三讲义）物理人教版2024八年级上册

本讲义聚焦“制作望远镜”跨学科实践，系统梳理望远镜的基本构造（物镜与目镜）、成像原理（物镜成缩小实像、目镜放大虚像）及设计制作方法。通过“原理认知→设计方案→制作调试→反思拓展”的学习支架，结合知识点分层讲解与方法技巧提示，构建完整知识脉络。 以项目式学习为主线，突出科学探究（设计镜筒、调节焦距之和）与科学思维（分析视角关系、推理成像规律），融入伽利略望远镜历史等科学世界内容培养科学态度。课中辅助教师引导动手实践，课后通过多样化巩固训练及实践题（如寻星装置设计）帮助学生查漏补缺，提升核心素养。

第5节 跨学科实践：制作望远镜（解析版） 【目录】 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1.了解望远镜的基本原理 2 知识点2.设计简易望远镜 7 知识点3.制作及调试望远镜 7 知识点4.反思与拓展 8 知识点5.科学世界：望远镜与宇宙探索 9 【方法技巧 10 方法技巧1.速记开普勒望远镜的成像原理 10 方法技巧2.易混点与易错点 10 【巩固训练】 10 【学习目标】 目 标 目 标 阐 释 物理素养 物理观念 利用凸透镜成像的规律，了解望远镜的物镜与目镜的成像情况。 科学思维 通过认识望远镜的物镜与目镜所起的作用及应用凸透镜成像的规律分析目镜和物镜之间的最佳成像距离，发展科学推理与科学论证的能力。 科学探究 在设计、制作望远镜的过程中，经历提出问题、寻找证据、解释成因、交流总结的科学探究过程，发展科学探究能力。 科学态度与责任 经历望远镜的制作过程，认识科技对社会发展和人类生活的重要影响，增强对物理学的热爱，提高动手实践和合作交流的能力。 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。 难 点 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。 【思维导图】 【知识梳理】 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。如图所示，你能根据透镜成像的知识，自己制作一个望远镜吗？或许你能用它作出新的发现呢！ 项目分析 1.了解望远镜的基本原理。 2.设计一个望远镜，能够用它观察校园内远处的物体。 3.根据你的设计方案，选用合适的器材，制作一个望远镜。 制作望远镜模型前，同学们通过查阅资料，了解到望远镜有不同的类型，其中一种望远镜是由两组________组成的，靠近眼睛的凸透镜叫_______镜，靠近物体的凸透镜叫_______镜。 项目实施 知识点1.了解望远镜的基本原理 1.望远镜的基本原理 望远镜有不同的类型，其中有一种望远镜是由两组凸透镜组成的。靠近眼睛的叫作目镜，靠近被观测物体的叫作物镜。物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像，目镜的作用相当于一个放大镜，用来把这个像放大。 （1）物镜：焦距较长，相当于照相机的镜头，远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像，这个像处于目镜的1倍焦距以内。 （2）目镜：焦距较短，相当于一个放大镜。成正立、放大的虚像。 两次成像，先缩小，后放大。 （3）望远镜的成像光路图 特别提醒 ①被观察物体通过望远镜，第一次成倒立、缩小的实像，“倒立”是相对于物体而言的；第二次成正立、放大的虚像，“正立”是相对于第一次所成的像而言的，所以人眼通过望远镜看到的是物体倒立的虚像。 ②不要用望远镜直接观察太阳或其他强光源，否则会损伤眼睛甚至导致失明。 2.开普勒望远镜的成像原理 如图所示，由于望远镜所观察的物体极远，即物体到物镜的距离远远大于物镜的二倍焦距，所以被观察的物体在物镜所成的像是倒立、缩小的实像。当这个实像落在目镜的一倍焦距以内时，经过目镜后便成正立、放大的虚像。望远镜所成的像虽然比原来的物体小，但能是很远的物体成像在眼前，好像物体被拉近了，所以用望远镜能看清远处的物体，甚至可以观察遥远的星辰。望远镜的物镜直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光，使得所成的像更加明亮，这一点在观测天空中的暗星时非常重要。现代天文望远镜都力求把物镜的口径加大，以便观测到更暗的星。 3.视角 细心的同学可能会有疑问：物体距离物镜很远，它的像却离物镜很近，根据前面探究的结果，这样所成的像是缩小的，为什么使用望远镜观察物体时会感到物体被放大了呢？ 原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”的大小十分重要。 （1）视角的概念 从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角。 （2）影响视角的因素 ①视角与物体大小有关。物体到眼镜的距离一定时，大物体的视角大，小物体的视角小。 ②视角与离物体远近有关。物体大小一定时，看近处的物体，视角大，远处的物体视角小。 望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用，视角就可以变得很大。 特别提醒 像物镜和目镜都是凸透镜的望远镜的放大倍率为。其中，f物是物镜的焦距，f目是目镜的焦距。 【例1】一般天文望远镜的目镜和物镜使用的都是________镜，物镜的焦距较大；当被观察物体在物镜的2倍焦距以外时，物体成一个倒立的________（选填“放大”或“缩小”） ________（选填“实”或“虚”）像，然后这个像再经过目镜________（选填“放大”或“缩小”），观察者就能看清楚远处的物体。 【答案】凸透；缩小；实；放大 【解析】根据望远镜的结构特点可知，一般天文望远镜的目镜和物镜使用的都是凸透镜。 根据凸透镜成像特点可知，当被观察物体在物镜两倍焦距以外时，远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像。 然后这个像在目镜的焦点以内，根据凸透镜成像特点可知，成正立、放大的虚像，所以经过目镜放大，观察者就能看清楚远处的物体。 【变式1-1】关于望远镜的说法正确的是（ ） A.所有的望远镜都是由两个凸透镜组成的 B.望远镜都是由一个凸透镜和一个凹透镜构成的 C.除了凸透镜外，天文望远镜也常用凹面镜做物镜 D.只有用透镜才能做望远镜 【答案】C 【解析】一般情况下，望远镜物镜由凸透镜组成，目镜由凸透镜或凹透镜两种类型，故A、B选项错误； 观察天体物理方面，一般采用反射式望远镜，采用凹面镜做物镜，故C选项正确； 透镜和凹面镜都可以做望远镜，故D选项说法错误。 故选C。 【变式1-2】如图是天文爱好者所使用的望远镜，下列说法正确的是（　　） A.A镜是目镜，B镜是物镜 B.太空中的星体通过A镜成的是虚像 C.望远镜的A镜成像原理与投影仪一致 D.通过B镜看到的是放大的虚像 【答案】D 【解析】A.望远镜的物镜和目镜都是凸透镜，靠近眼睛的B是目镜，靠近物体的A是物镜，故A错误； B.太空中的星体通过A镜成的是倒立缩小的实像，故B错误； C.望远镜的物镜成倒立缩小的实像，相当于照相机，故C错误； D.物镜成的像通过目镜成正立、放大的虚像，与放大镜的成像原理相同，故D正确。 故选D。 【变式1-3】世梁同学取两个焦距不同的放大镜，一只手握住一个，调整两个放大镜间的距离，可以看清远处的广州塔。以下说法错误的是（     ） A.靠近眼睛的镜片，对光线有会聚作用 B.远处的镜片，成的是正立放大像 C.靠近眼睛的镜片，其作用相当于一个放大镜 D.远处的镜片，直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样可以会聚更多的光 【答案】B 【解析】A.目镜和物镜均为凸透镜，对光线有会聚作用，故A正确，不符合题意； B.两个不同焦距的放大镜组成了望远镜，远处的镜片是物镜，成的是倒立缩小的实像，故B错误，符合题意； C.靠近眼睛的镜片是目镜，成的是正立放大的虚像，相当于放大镜，故C正确，不符合题意； D.远处的镜片，直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样可以会聚更多的光，使得所成的像更加明亮，故D正确，不符合题意。 故选B。 【变式1-4】人眼看同一物体，会出现“远小近大”的现象，这和物体在人眼处所成的________有关，如图所示，同一物体，离人眼较远时，视角较________（填“大”或“小”）；离人眼较近时，视角较_______（填“大”或“小”）。 【答案】视角；小；大 【解析】视角的大小不仅与物体的大小有关，还与眼睛距离物体的远近有关，人眼看同一物体，会出现“远小近大”的现象，这和物体在人眼处所成的视角有关； 同一个物体离人眼越远时，物体在人眼处所成的视角就越小，我们就会感觉物体较小； 物体离我们越近，物体在人眼处所成的视角就越大，看物体越清楚同时也感觉物体较大。 知识点2.设计简易望远镜 1.确定望远镜的放大倍率 自制的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，其放大倍率不宜过大，取放大倍率为2~3倍即可。 2.选择物镜和目镜 望远镜的物镜和目镜可以选择老人阅读用放大镜的镜片，也可以使用老花镜的镜片，还可以直接购买凸透镜。利用本章所学知识测量凸透镜的焦距，并根据放大倍数的要求，选择适当焦距的凸透镜分别作为物镜和目镜。 在选择两块凸透镜时，除了需要满足焦距的要求物镜的直径还要比目镜的直径大一些。测量凸透镜的直径，以便于制作直径合适的镜筒。 由此，应选择焦距较长、直径较大的凸透镜作为物镜，焦距较短、直径较小的凸透镜作为目镜。 3.设计镜筒 在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间的距离。如图所示，镜筒可以设计成两段，让物镜的镜筒较目镜的镜筒粗一些，这样套在一起，便于在使用时调节。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。 知识点3.制作及调试望远镜 1.制作 根据所选凸透镜的焦距和直径制作镜筒。例如，可以选用如图所示的两块凸透镜。其中，物镜的焦距约为20cm，直径约为5cm；目镜的焦距约为10cm，直径约为4cm。 想一想：对于图的制作方案，你有没有办法减小望远镜两个镜筒间的缝隙？ （1）在目镜镜筒外部包一层棉布；（2）用纸片把缝隙盖住；（3）制作目镜镜筒的纸片厚度适当厚点等。 注意：每段镜筒的长度需合适，以便留出前后调节的空间。 制作时，根据凸透镜的焦距、直径等数据，以及对镜筒长度的要求，我们可以利用现成的圆筒状物品(如装羽毛球的筒)，也可以通过截取适当尺寸的长方形纸板(如瓦楞纸板或其他材料)，并把它卷起来制成镜筒。 此外，还要考虑如何把物镜和目镜方便地固定在镜筒上。 方法：（1）用胶水固定；（2）双面胶固定等。 2.试用与调整 把目镜镜筒插入物镜镜筒内，把目镜放到眼前，通过望远镜观察远处的物体。在观察时要通过对镜筒长度的调节，改变物镜与目镜间的距离，直到在望远镜中看到远处物体清晰的像为止。 知识点4.反思与拓展 1.这里制作的望远镜使用了两块凸透镜，观察到的远处物体的像是倒立的，怎样才能通过望远镜看到正立的像呢? 有两种方法： 第一种是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。 第二种是物镜使用凸透镜，目镜使用凹透镜，望远镜所成的像就是正立的了。 请你利用上面的方法改进你制作的望远镜，也可以针对你发现的望远镜的其他问题，设计解决的办法，让你的望远镜更加完善。 知识点5.科学世界 望远镜与探索宇宙 在人类历史的早期，人们利用肉眼观测天象。后来人们通过测量天体的运动、制定历法，指导人们的生产生活。例如，战国时期的文献中记载:“斗柄东指，天下皆春;斗柄南指，天下皆夏;斗柄西指，天下皆秋;斗柄北指，天下皆冬。”这说明人们很早就发现了北斗七星一年中的周回运转在昭示四季、节气变迁方面的重要作用。望远镜的发明大大扩展了人类观测天空的视野。 1.使用望远镜探索宇宙的历程 （1）第一位把望远镜指向天空的是意大利物理学家伽利略。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”。他还第一个观察到了木星的卫星、太阳黑子和月球上的环形山。 （2）1846年，科学家根据牛顿发现的万有引力定律，猜想天王星外还存在一颗未知的行星。不久，人们用望远镜在预测的位置发现了这颗行星，它被命名为“海王星”。 （3）1990年，科学家把“哈勃”空间望远镜送入太空，使人类观测宇宙的能力空前提高。除光学天文望远镜外，人们还发明了其他观测太空的仪器，如射电天文望远镜，这使人类对宇宙的了解越来越深入。 （4）我国不仅古代在天文观测上取得了丰硕的成果，在现代也对宇宙探索作出了很大贡献。2009年，郭守敬望远镜建成，并于2011年启动光谱巡天任务，成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的望远镜。2020年，中国天眼正式开放运行，它是目前全球单口径最大、灵敏度最高的射电天文望远镜。 2.探索宇宙 宇宙中拥有上千亿个星系，银河系只是这上千亿个星系中的一个。银河系异常巨大，一束光穿越银河系需要约10万年的时间。太阳不过是银河系中几千亿颗恒星中的一员。太阳周围有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星绕它运行，地球在离太阳比较近的第三条轨道上。此外，还有若干其他天体绕太阳转动。 【方法技巧】 1.速记开普勒望远镜的成像原理 利用物镜使远处的物体成一个缩小的实像，然后用目镜把实像放大。 2.易混点和易错点 易混点：望远镜的“放大”≠像的实际大小放大，而是视角放大；与显微镜（物镜成放大实像）的成像区别。 易错点：自制望远镜时，误将“焦距短的凸透镜作为物镜”（正确应为：物镜选焦距长的凸透镜）。  【巩固训练】 一、填空题： 1.自制望远镜中，物镜的作用是成________（选填“放大/缩小”）的实像，目镜的作用是________（选填“放大/缩小”）这个实像。 【答案】缩小；放大 【解析】自制望远镜中，物镜的作用是成缩小的实像（类似照相机成像）；目镜的作用是放大这个实像（类似放大镜成像）。 2.若物镜焦距为15cm，目镜焦距为5cm，该望远镜的放大倍率是______倍。 【答案】3 【解析】望远镜的放大倍率公式为：放大倍率=物镜焦距/目镜焦距。 已知物镜焦距15cm，目镜焦距5cm，因此放大倍率==3倍。 3.初夏的早晨，树叶上常常会有一些露珠，透过这些露珠看到的叶脉会更清楚，露珠相当于一个放大镜，我们看到的是叶脉的_________像；望远镜物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成________（均选填“实”或“虚”）像。 【答案】虚；实 【解析】露珠相当于凸透镜，叶脉在凸透镜的一倍焦距以内，成正立、放大的虚像。 望远镜由两组凸透镜组成，物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成倒立、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。 4.如图所示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________（选填“放大”或“缩小”）的实像，落在目镜的______________位置，这个实像经过目镜成一个正立、________（选填“放大”或“缩小”）的________（选填“实”或“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_________（选填“近视”或“远视”）镜片来代替。 【答案】缩小；一倍焦距以内；放大；虚；远视 【解析】由题可知远处的物体距离物镜远远大于二倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，远处的物体经过物镜成倒立、缩小的实像。 人眼是通过目镜看到放大的像，所以远处的物体经过物镜成像的位置，应该落在目镜一倍焦距以内，所以人眼看到的是正立、放大的虚像。 制作简易天文望远镜中需要的物镜和目镜都是凸透镜，生活中用以矫正远视眼的眼镜镜片就是凸透镜，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。 5.如图所示，这是简易天文望远镜的内部结构。物镜的成像原理与__________（选填“投影仪”或“照相机”）相同，物镜成的像会落在目镜的________位置，目镜所成的像是正立、放大的________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________（选填“近视”或“远视”）眼镜镜片来代替。 【答案】照相机；焦点以内；虚；远视 【解析】望远镜中物镜是一个凸透镜，远处的物体处在该凸透镜的二倍焦距之外，经该凸透镜成倒立缩小的实像，物镜的成像原理与照相机相同，这个倒立缩小的实像正好落在目镜焦点以内的位置，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。 二、选择题： 6.关于望远镜，下列说法正确的是（ ） A.望远镜的物镜成正立、放大的虚像 B.望远镜的放大倍率与物镜、目镜的焦距无关 C.天文望远镜的物镜直径较大，是为了会聚更多光线 D.望远镜的目镜相当于照相机的镜头 【答案】C 【解析】A错误：望远镜物镜成倒立、缩小的实像（类似照相机），并非正立、放大的虚像。 B错误：望远镜放大倍率=物镜焦距/目镜焦距，与两者焦距直接相关。 C正确：天文望远镜物镜直径大，是为了会聚更多光线，提高观测亮度和清晰度。 D错误：望远镜目镜相当于放大镜（成正立、放大的虚像），而照相机镜头是成倒立、缩小的实像，两者作用不同。 答案：C。 7.某天文爱好者为了研究“超级月亮”这一现象，于是架设一台天文望远镜做进一步观察。如图所示，关于该望远镜，下列说法正确的是（　　） A.它的物镜是平面镜 B.它的目镜是凹透镜 C.远处景物通过物镜成缩小的像 D.远处景物通过物镜成放大的像 【答案】C 【解析】AB.望远镜的目镜和物镜都是凸透镜，故AB错误； CD.物镜相当于照相机，所成的像是倒立、缩小的实像，故C正确，D错误。 故选C。 8.“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。 所以选D。 9.如图是数码望远镜，可直接用目镜观察或通过数码显示屏观察。下列说法正确的是（　　） A.望远镜的目镜由凸透镜制成，作用相当于放大镜 B.若凸透镜镜片的上方出现划痕，会使成像下方残缺 C.为使成像变大，应让物镜成的像尽量紧贴目镜 D.数码显示屏的彩色画面是由红、黄、蓝三种色光组成的 【答案】A 【解析】A.望远镜的目镜是由凸透镜制成，目镜相当于放大镜，成正立的放大的虚像，故A正确； B.若凸透镜镜片的上方出现划痕，剩余部分仍是凸透镜，仍能成完整的像，并不会使成像下方残缺，故B错误； C.要想使成像变大，应使物镜成的像成在目镜一倍焦距以内，且使物镜成的像和目镜之间的距离增大，故C错误； D.数码显示屏的彩色画面是由红、绿、蓝三种色光组成的，故D错误。 故选A。 10.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 【解析】AB.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、放大虚像，相当于放大镜。所以AB错误。 C.两只放大镜组合在一起相当于一架望远镜，C正确。 D.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。 所以选C。 11.关于四种光学仪器的成像情况，以下说法正确的是（　　） A.照相机成正立缩小的实像 B.开普勒式望远镜的物镜成倒立缩小的实像 C.潜望镜成正立等大的实像 D.幻灯机成正立放大的实像 【答案】B 【解析】A.相机成使物体成倒立、缩小的实像，故A错误； B.开普勒式望远镜使用时，远处物体到物镜的距离远大于它的二倍焦距，物镜使远处物体成倒立、缩小的实像，故B正确； C.潜望镜是由两块相互平行的平面镜组成的，使物体成正立、等大的虚像，故C错误； D.幻灯机使物体成倒立、放大的实像，故D错误。 故选B。 11.如图所示，下列关于光学现象的描述正确的是（　　） A.图甲中，物体通过小孔成倒立的虚像 B.图乙中，戴凹透镜可以矫正远视眼 C.图丙中，“彩虹”的上端是紫光 D.图丁中，天文望远镜的目镜相当于放大镜，物镜相当于照相机的镜头 【答案】D 【解析】A.物体通过小孔成倒立的实像，是利用光沿直线传播现象形成的，故A错误； B.凹透镜具有发散作用，戴凹透镜可以矫正近视眼，故B错误； C.“彩虹”是光的色散现象，是太阳光通过折射后形成的彩色光带，上端是红光，故C错误； D.天文望远镜的目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像，物镜相当于照相机的镜头，成倒立缩小的实像，故D正确。 故选D。 12.对下列四幅图的阐述，不正确的是（     ） A.甲图：近视眼成像在视网膜前，用凸透镜矫正 B.乙图：远视眼成像在视网膜后，用凸透镜矫正 C.丙图：来自被观察物体的反射光经显微镜的物镜后成一个放大的实像 D.丁图：天文望远镜的目镜相当于放大镜 【答案】A 【解析】A.近视眼成像在视网膜前，需要用凹透镜进行矫正，故A错误，符合题意； B.远视眼成像在视网膜后，需要用凸透镜进行会聚，使成像在视网膜上，故B正确，不符合题意； C.显微镜的物镜相当于投影仪的镜头，成倒立、放大的实像，故C正确，不符合题意； D.望远镜的目镜相当于放大镜，成正立、放大的虚像，故D正确，不符合题意； 故选A。 13.（2025 湖南衡阳一模）如图所示，该望远镜的目镜和物镜是由两组凸透镜组成的，下列说法正确的是（　　） A.第一个用望远镜观测天体并进行绘制的科学家是开普勒 B.目镜的作用相当于放大镜 C.远处景物通过物镜成缩小的像 D.①是物镜，②是目镜 【答案】BC 【解析】A.第一个用望远镜观测天体并进行绘制的科学家是伽利略，故 A 错误； B.目镜的作用相当于放大镜，故 B 正确； C.望远镜的物镜相当于照相机的镜头，成倒立、缩小的实像，故 C 正确； D.靠近眼睛的是目镜，离眼睛较远的是物镜，故 D 错误。 故选BC。 三、作图题： 14.这是伽利略望远镜的原理，请尝试作出人所看到的物体的像。（图中已知凸透镜的右焦点和凹透镜的右焦点重合，即两透镜间的距离为凸透镜和凹透镜的焦距差） 【答案】见解析 【解析】平行于主光轴的光经凸透镜的折射后过焦点，过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴，据此作出凸透镜的2条入射光线和对应的折射光线；入射光线的延长线过凹透镜的虚焦点，经凹透镜折射后平行于主光轴；平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过左侧的虚焦点，据此作出凹透镜的2条折射光线；而两条折射光线的反向延长线的交点即为像的上端点，再作出所成的虚像，如图所示： 四、应用题： 15.某同学自制望远镜时，选了“焦距5cm的凸透镜”作为物镜，“焦距10cm的凸透镜”作为目镜，调试后发现看不清远处物体。请分析原因，并说明正确的器材选择方法。 【答案】见解析 【解析】原因分析：自制望远镜的正确结构是物镜焦距大于目镜焦距（物镜成缩小实像，目镜放大该实像）。而该同学选择的物镜焦距（5cm）小于目镜焦距（10cm），不符合望远镜的成像原理，因此看不清远处物体。 正确器材选择方法：应选择焦距较长的凸透镜作为物镜，焦距较短的凸透镜作为目镜（即物镜焦距>目镜焦距）。 五、综合题： 16.如图为某望远镜内部部分光路图，物镜是凸透镜，O为光心，F为物镜焦点，焦距为500mm。 （1）在图中画出光线a、b经物镜折射前的入射光线。 （2）目镜是______透镜（选填“凹”或“凸”） （3）用此望远镜观测月球时，月球经物镜成一个_______（选填“倒立”或“正立”）、_______（选填“放大”、“等大”或“缩小”）的像。 【答案】（1）如图；（2）凹；（3）倒立；缩小。 【解析】（1）由凸透镜的三条特殊光线得，过光心的光线传播方向不改变，经过焦点的光线经凸透镜折射后平行主光轴射出，据此即可作出光线a、b经物镜折射前的入射光线，如图所示。 （2）由图知，目镜对光线a、b有发散作用，说明目镜是凹透镜。 （3）用此望远镜观测月球时，由于物距u>2f，所以月球经物镜成一个倒立、缩小的实像。 六、实践题： 17.项目化学习小组从实验室找到几只透镜准备自制一只望远镜。 （1）如图甲所示，将某透镜放在点光源与光屏中间，此时屏上呈现一个比透镜尺寸大的圆形光斑，将光源向_______（左/右）移动，若观察到________现象，则该透镜为凸透镜； （2）选出一对焦距合适的凸透镜作为物镜和目镜，按照如图乙所示方法组装成一只望远镜。小明用望远镜观察天空星星时发现镜中视野范围较小，很难找到目标，为此，他用两块相同的带开口的挡板制作了一个寻星装置，安装在望远镜套筒上后，借助挡板能快捷寻找目标（图丙所示），并将目标锁定在望远镜视野中，下列设计的各挡板中最适合的是________； （3）小明用该望远镜看远处物体时，发现像与物相比较上下、左右都颠倒了，为使看到的像与物相比不失真，老师建议他将望远镜设计成物镜与目镜不共轴、中部为空腔的形状（图丁所示），再利用几片小平面镜，安装到中部空腔内以改变光路，可以满足要求。 小明按照图戊所示方法，将两块平面镜彼此平行安装在空腔中，你认为这样制作能够达到要求吗？如果能请说明理由；如果不能，请保留图上可取的设计，对无用的设计打“×”，并补上接下来的设计（只需补上一步即可）_________________________________________，且至少需要________块平面镜。 【答案】（1）左；圆形光斑变小；（2）D；能，因为最开始所成的像上下、左右都颠倒，经过平面镜反射后所成的像刚好与物相比不失真；2 【解析】（1）凸透镜对光线具有会聚作用，此时屏上呈现一个比透镜尺寸大的圆形光斑，根据凸透镜成像规律，根据凸透镜成实像时，物远像近像变小的特点，应将将光源向左移动，若观察到圆形光斑变小现象，且光斑可以变得比透镜小，则该透镜为凸透镜。凹透镜形成的圆形光斑也会变小，但是不可能比透镜小。 （2）A.用两块相同的带开口的挡板制作了一个寻星装置，安装在望远镜套筒上后，借助挡板能快捷寻找目标，利用了光沿直线传播的特点，增大视角，应该选择比较大的圆孔，可以扩大视野范围，故A不符合题意； B.由A选项可知，故B不符合题意； C.由A选项可知，故C不符合题意； D.由A选项可知，故D符合题意。 故选D。 （3）小明按照图戊所示方法，将两块平面镜彼此平行安装在空腔中，那么光路图如下： 第 16 页 共 18 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5节 跨学科实践：制作望远镜（原卷版） 【目录】 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1.了解望远镜的基本原理 2 知识点2.设计简易望远镜 6 知识点3.制作及调试望远镜 7 知识点4.反思与拓展 7 知识点5.科学世界：望远镜与宇宙探索 8 【方法技巧 9 方法技巧1.速记开普勒望远镜的成像原理 9 方法技巧2.易混点与易错点 9 【巩固训练】 9 【学习目标】 目 标 目 标 阐 释 物理素养 物理观念 利用凸透镜成像的规律，了解望远镜的物镜与目镜的成像情况。 科学思维 通过认识望远镜的物镜与目镜所起的作用及应用凸透镜成像的规律分析目镜和物镜之间的最佳成像距离，发展科学推理与科学论证的能力。 科学探究 在设计、制作望远镜的过程中，经历提出问题、寻找证据、解释成因、交流总结的科学探究过程，发展科学探究能力。 科学态度与责任 经历望远镜的制作过程，认识科技对社会发展和人类生活的重要影响，增强对物理学的热爱，提高动手实践和合作交流的能力。 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。 难 点 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。 【思维导图】 【知识梳理】 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。如图所示，你能根据透镜成像的知识，自己制作一个望远镜吗？或许你能用它作出新的发现呢！ 项目分析 1.了解望远镜的基本原理。 2.设计一个望远镜，能够用它观察校园内远处的物体。 3.根据你的设计方案，选用合适的器材，制作一个望远镜。 制作望远镜模型前，同学们通过查阅资料，了解到望远镜有不同的类型，其中一种望远镜是由两组________组成的，靠近眼睛的凸透镜叫_______镜，靠近物体的凸透镜叫_______镜。 项目实施 知识点1.了解望远镜的基本原理 1.望远镜的基本原理 望远镜有不同的类型，其中有一种望远镜是由两组凸透镜组成的。靠近眼睛的叫作目镜，靠近被观测物体的叫作物镜。物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像，目镜的作用相当于一个放大镜，用来把这个像放大。 （1）物镜：焦距较长，相当于照相机的镜头，远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像，这个像处于目镜的1倍焦距以内。 （2）目镜：焦距较短，相当于一个放大镜。成正立、放大的虚像。 两次成像，先缩小，后放大。 （3）望远镜的成像光路图 特别提醒 ①被观察物体通过望远镜，第一次成倒立、缩小的实像，“倒立”是相对于物体而言的；第二次成正立、放大的虚像，“正立”是相对于第一次所成的像而言的，所以人眼通过望远镜看到的是物体倒立的虚像。 ②不要用望远镜直接观察太阳或其他强光源，否则会损伤眼睛甚至导致失明。 2.开普勒望远镜的成像原理 如图所示，由于望远镜所观察的物体极远，即物体到物镜的距离远远大于物镜的二倍焦距，所以被观察的物体在物镜所成的像是倒立、缩小的实像。当这个实像落在目镜的一倍焦距以内时，经过目镜后便成正立、放大的虚像。望远镜所成的像虽然比原来的物体小，但能是很远的物体成像在眼前，好像物体被拉近了，所以用望远镜能看清远处的物体，甚至可以观察遥远的星辰。望远镜的物镜直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光，使得所成的像更加明亮，这一点在观测天空中的暗星时非常重要。现代天文望远镜都力求把物镜的口径加大，以便观测到更暗的星。 3.视角 细心的同学可能会有疑问：物体距离物镜很远，它的像却离物镜很近，根据前面探究的结果，这样所成的像是缩小的，为什么使用望远镜观察物体时会感到物体被放大了呢？ 原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”的大小十分重要。 （1）视角的概念 从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角。 （2）影响视角的因素 ①视角与物体大小有关。物体到眼镜的距离一定时，大物体的视角大，小物体的视角小。 ②视角与离物体远近有关。物体大小一定时，看近处的物体，视角大，远处的物体视角小。 望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用，视角就可以变得很大。 特别提醒 像物镜和目镜都是凸透镜的望远镜的放大倍率为。其中，f物是物镜的焦距，f目是目镜的焦距。 【例1】一般天文望远镜的目镜和物镜使用的都是________镜，物镜的焦距较大；当被观察物体在物镜的2倍焦距以外时，物体成一个倒立的________（选填“放大”或“缩小”） ________（选填“实”或“虚”）像，然后这个像再经过目镜________（选填“放大”或“缩小”），观察者就能看清楚远处的物体。 【变式1-1】关于望远镜的说法正确的是（ ） A.所有的望远镜都是由两个凸透镜组成的 B.望远镜都是由一个凸透镜和一个凹透镜构成的 C.除了凸透镜外，天文望远镜也常用凹面镜做物镜 D.只有用透镜才能做望远镜 【变式1-2】如图是天文爱好者所使用的望远镜，下列说法正确的是（　　） A.A镜是目镜，B镜是物镜 B.太空中的星体通过A镜成的是虚像 C.望远镜的A镜成像原理与投影仪一致 D.通过B镜看到的是放大的虚像 【变式1-3】世梁同学取两个焦距不同的放大镜，一只手握住一个，调整两个放大镜间的距离，可以看清远处的广州塔。以下说法错误的是（     ） A.靠近眼睛的镜片，对光线有会聚作用 B.远处的镜片，成的是正立放大像 C.靠近眼睛的镜片，其作用相当于一个放大镜 D.远处的镜片，直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样可以会聚更多的光 【变式1-4】人眼看同一物体，会出现“远小近大”的现象，这和物体在人眼处所成的________有关，如图所示，同一物体，离人眼较远时，视角较________（填“大”或“小”）；离人眼较近时，视角较_______（填“大”或“小”）。 知识点2.设计简易望远镜 1.确定望远镜的放大倍率 自制的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，其放大倍率不宜过大，取放大倍率为2~3倍即可。 2.选择物镜和目镜 望远镜的物镜和目镜可以选择老人阅读用放大镜的镜片，也可以使用老花镜的镜片，还可以直接购买凸透镜。利用本章所学知识测量凸透镜的焦距，并根据放大倍数的要求，选择适当焦距的凸透镜分别作为物镜和目镜。 在选择两块凸透镜时，除了需要满足焦距的要求物镜的直径还要比目镜的直径大一些。测量凸透镜的直径，以便于制作直径合适的镜筒。 由此，应选择焦距较长、直径较大的凸透镜作为物镜，焦距较短、直径较小的凸透镜作为目镜。 3.设计镜筒 在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间的距离。如图所示，镜筒可以设计成两段，让物镜的镜筒较目镜的镜筒粗一些，这样套在一起，便于在使用时调节。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。 知识点3.制作及调试望远镜 1.制作 根据所选凸透镜的焦距和直径制作镜筒。例如，可以选用如图所示的两块凸透镜。其中，物镜的焦距约为20cm，直径约为5cm；目镜的焦距约为10cm，直径约为4cm。 想一想：对于图的制作方案，你有没有办法减小望远镜两个镜筒间的缝隙？ （1）在目镜镜筒外部包一层棉布；（2）用纸片把缝隙盖住；（3）制作目镜镜筒的纸片厚度适当厚点等。 注意：每段镜筒的长度需合适，以便留出前后调节的空间。 制作时，根据凸透镜的焦距、直径等数据，以及对镜筒长度的要求，我们可以利用现成的圆筒状物品(如装羽毛球的筒)，也可以通过截取适当尺寸的长方形纸板(如瓦楞纸板或其他材料)，并把它卷起来制成镜筒。 此外，还要考虑如何把物镜和目镜方便地固定在镜筒上。 方法：（1）用胶水固定；（2）双面胶固定等。 2.试用与调整 把目镜镜筒插入物镜镜筒内，把目镜放到眼前，通过望远镜观察远处的物体。在观察时要通过对镜筒长度的调节，改变物镜与目镜间的距离，直到在望远镜中看到远处物体清晰的像为止。 知识点4.反思与拓展 1.这里制作的望远镜使用了两块凸透镜，观察到的远处物体的像是倒立的，怎样才能通过望远镜看到正立的像呢? 有两种方法： 第一种是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。 第二种是物镜使用凸透镜，目镜使用凹透镜，望远镜所成的像就是正立的了。 请你利用上面的方法改进你制作的望远镜，也可以针对你发现的望远镜的其他问题，设计解决的办法，让你的望远镜更加完善。 知识点5.科学世界 望远镜与探索宇宙 在人类历史的早期，人们利用肉眼观测天象。后来人们通过测量天体的运动、制定历法，指导人们的生产生活。例如，战国时期的文献中记载:“斗柄东指，天下皆春;斗柄南指，天下皆夏;斗柄西指，天下皆秋;斗柄北指，天下皆冬。”这说明人们很早就发现了北斗七星一年中的周回运转在昭示四季、节气变迁方面的重要作用。望远镜的发明大大扩展了人类观测天空的视野。 1.使用望远镜探索宇宙的历程 （1）第一位把望远镜指向天空的是意大利物理学家伽利略。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”。他还第一个观察到了木星的卫星、太阳黑子和月球上的环形山。 （2）1846年，科学家根据牛顿发现的万有引力定律，猜想天王星外还存在一颗未知的行星。不久，人们用望远镜在预测的位置发现了这颗行星，它被命名为“海王星”。 （3）1990年，科学家把“哈勃”空间望远镜送入太空，使人类观测宇宙的能力空前提高。除光学天文望远镜外，人们还发明了其他观测太空的仪器，如射电天文望远镜，这使人类对宇宙的了解越来越深入。 （4）我国不仅古代在天文观测上取得了丰硕的成果，在现代也对宇宙探索作出了很大贡献。2009年，郭守敬望远镜建成，并于2011年启动光谱巡天任务，成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的望远镜。2020年，中国天眼正式开放运行，它是目前全球单口径最大、灵敏度最高的射电天文望远镜。 2.探索宇宙 宇宙中拥有上千亿个星系，银河系只是这上千亿个星系中的一个。银河系异常巨大，一束光穿越银河系需要约10万年的时间。太阳不过是银河系中几千亿颗恒星中的一员。太阳周围有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星绕它运行，地球在离太阳比较近的第三条轨道上。此外，还有若干其他天体绕太阳转动。 【方法技巧】 1.速记开普勒望远镜的成像原理 利用物镜使远处的物体成一个缩小的实像，然后用目镜把实像放大。 2.易混点和易错点 易混点：望远镜的“放大”≠像的实际大小放大，而是视角放大；与显微镜（物镜成放大实像）的成像区别。 易错点：自制望远镜时，误将“焦距短的凸透镜作为物镜”（正确应为：物镜选焦距长的凸透镜）。  【巩固训练】 一、填空题： 1.自制望远镜中，物镜的作用是成________（选填“放大/缩小”）的实像，目镜的作用是________（选填“放大/缩小”）这个实像。 2.若物镜焦距为15cm，目镜焦距为5cm，该望远镜的放大倍率是______倍。 3.初夏的早晨，树叶上常常会有一些露珠，透过这些露珠看到的叶脉会更清楚，露珠相当于一个放大镜，我们看到的是叶脉的_________像；望远镜物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成________（均选填“实”或“虚”）像。 4.如图所示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________（选填“放大”或“缩小”）的实像，落在目镜的______________位置，这个实像经过目镜成一个正立、________（选填“放大”或“缩小”）的________（选填“实”或“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_________（选填“近视”或“远视”）镜片来代替。 5.如图所示，这是简易天文望远镜的内部结构。物镜的成像原理与__________（选填“投影仪”或“照相机”）相同，物镜成的像会落在目镜的________位置，目镜所成的像是正立、放大的________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________（选填“近视”或“远视”）眼镜镜片来代替。 二、选择题： 6.关于望远镜，下列说法正确的是（ ） A.望远镜的物镜成正立、放大的虚像 B.望远镜的放大倍率与物镜、目镜的焦距无关 C.天文望远镜的物镜直径较大，是为了会聚更多光线 D.望远镜的目镜相当于照相机的镜头 7.某天文爱好者为了研究“超级月亮”这一现象，于是架设一台天文望远镜做进一步观察。如图所示，关于该望远镜，下列说法正确的是（　　） A.它的物镜是平面镜 B.它的目镜是凹透镜 C.远处景物通过物镜成缩小的像 D.远处景物通过物镜成放大的像 8.“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 9.如图是数码望远镜，可直接用目镜观察或通过数码显示屏观察。下列说法正确的是（　　） A.望远镜的目镜由凸透镜制成，作用相当于放大镜 B.若凸透镜镜片的上方出现划痕，会使成像下方残缺 C.为使成像变大，应让物镜成的像尽量紧贴目镜 D.数码显示屏的彩色画面是由红、黄、蓝三种色光组成的 10.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 11.关于四种光学仪器的成像情况，以下说法正确的是（　　） A.照相机成正立缩小的实像 B.开普勒式望远镜的物镜成倒立缩小的实像 C.潜望镜成正立等大的实像 D.幻灯机成正立放大的实像 11.如图所示，下列关于光学现象的描述正确的是（　　） A.图甲中，物体通过小孔成倒立的虚像 B.图乙中，戴凹透镜可以矫正远视眼 C.图丙中，“彩虹”的上端是紫光 D.图丁中，天文望远镜的目镜相当于放大镜，物镜相当于照相机的镜头 12.对下列四幅图的阐述，不正确的是（     ） A.甲图：近视眼成像在视网膜前，用凸透镜矫正 B.乙图：远视眼成像在视网膜后，用凸透镜矫正 C.丙图：来自被观察物体的反射光经显微镜的物镜后成一个放大的实像 D.丁图：天文望远镜的目镜相当于放大镜 13.（2025 湖南衡阳一模）如图所示，该望远镜的目镜和物镜是由两组凸透镜组成的，下列说法正确的是（　　） A.第一个用望远镜观测天体并进行绘制的科学家是开普勒 B.目镜的作用相当于放大镜 C.远处景物通过物镜成缩小的像 D.①是物镜，②是目镜 三、作图题： 14.这是伽利略望远镜的原理，请尝试作出人所看到的物体的像。（图中已知凸透镜的右焦点和凹透镜的右焦点重合，即两透镜间的距离为凸透镜和凹透镜的焦距差） 四、应用题： 15.某同学自制望远镜时，选了“焦距5cm的凸透镜”作为物镜，“焦距10cm的凸透镜”作为目镜，调试后发现看不清远处物体。请分析原因，并说明正确的器材选择方法。 五、综合题： 16.如图为某望远镜内部部分光路图，物镜是凸透镜，O为光心，F为物镜焦点，焦距为500mm。 （1）在图中画出光线a、b经物镜折射前的入射光线。 （2）目镜是______透镜（选填“凹”或“凸”） （3）用此望远镜观测月球时，月球经物镜成一个_______（选填“倒立”或“正立”）、_______（选填“放大”、“等大”或“缩小”）的像。 六、实践题： 17.项目化学习小组从实验室找到几只透镜准备自制一只望远镜。 （1）如图甲所示，将某透镜放在点光源与光屏中间，此时屏上呈现一个比透镜尺寸大的圆形光斑，将光源向_______（左/右）移动，若观察到________现象，则该透镜为凸透镜； （2）选出一对焦距合适的凸透镜作为物镜和目镜，按照如图乙所示方法组装成一只望远镜。小明用望远镜观察天空星星时发现镜中视野范围较小，很难找到目标，为此，他用两块相同的带开口的挡板制作了一个寻星装置，安装在望远镜套筒上后，借助挡板能快捷寻找目标（图丙所示），并将目标锁定在望远镜视野中，下列设计的各挡板中最适合的是________； （3）小明用该望远镜看远处物体时，发现像与物相比较上下、左右都颠倒了，为使看到的像与物相比不失真，老师建议他将望远镜设计成物镜与目镜不共轴、中部为空腔的形状（图丁所示），再利用几片小平面镜，安装到中部空腔内以改变光路，可以满足要求。 小明按照图戊所示方法，将两块平面镜彼此平行安装在空腔中，你认为这样制作能够达到要求吗？如果能请说明理由；如果不能，请保留图上可取的设计，对无用的设计打“×”，并补上接下来的设计（只需补上一步即可）_________________________________________，且至少需要________块平面镜。 第 13 页 共 14 页 学科网（北京）股份有限公司 $