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

第五章 透镜及其应用 学习目标 物理观念 了解望远镜基本原理。 科学思维 通过制作，培养学生动手动脑能力，培养学生科学实验思维。 科学探究 通过制作望远镜，激发学生对设计、制作的兴趣。 科学态度与责任 通过参与制作，体会合作的意义，培养学生对科学实验的热爱，培养学生科学探究精神。 在探索宇宙的过程中，人类离不开什么观测仪器呢?对，那就是望远镜 一 项目提出 一、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图5.5-1所示的望远镜。或许你能用它获得新的发现呢！ 二 项目分析 二、项目分析 要自己制作望远镜，你需要完成以下任务。 3.根据你的设计方案，选用合适的器材，制作一个望远镜并进行调试。 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。 三 项目实施 三、项目实施 1.了解望远镜的基本原理 望远镜有不同的类型： 伽利略望远镜 开普勒望远镜 牛顿式反射望远镜 哈勃太空望远镜 郭守敬望远镜 三、项目实施 伽利略望远镜 开普勒望远镜： 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， 也叫作开普勒望远镜。 靠近被观测物体的凸透镜，叫物镜。靠近眼睛的凸透镜，叫做目镜。 目镜 物镜 三、项目实施 1.了解望远镜的基本原理 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 选择焦距较长、直径较大的凸透镜作为物镜，物镜的口径加大，进入镜筒内的光更多，看到的像更亮以便观测到更暗的星。选择焦距较短、直径较小的凸透镜作为目镜 三、项目实施 开普勒式望远镜 目镜 物镜 1.目镜、物镜都是凸透镜 2.物镜：大焦距，相当于照相机，成倒立缩小的实像 3.目镜：小焦距，相当于放大镜，成正立放大的虚像 4.放大倍率: k=f物/f目 O O F目 F物 F目 物镜 u>2f 目镜 u<f F物 两次成像，先缩小，后放大。 三、项目实施 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”(右图)的大小十分重要。 视角：从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角。 三、项目实施 视角的大小不仅和物体本身的大小有关 视角的大小还和物体到眼睛的距离有关 三、项目实施 三、项目实施 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。 进一步的分析表明，像图5.5-2这样的望远镜的放大倍率为物镜的焦距（ ）与目镜的焦距（ ）之比： 。 图5.5-2天文爱好者用的望远镜 三、项目实施 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。 三、项目实施 利用本章所学知识测量凸透镜的焦距，并根据放大倍率的要求，选择适当焦距的凸透镜分别作为物镜和目镜。 利用平行光测量凸透镜的焦距 平行光聚焦法 三、项目实施 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，以便制作直径合适的镜筒。 选择焦距较长、直径较大的凸透镜作为物镜；选择焦距较短、直径较小的凸透镜作为目镜。 物镜 目镜 三、项目实施 (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5.5-4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。 5.5-4 自制望远镜的结构 三、项目实施 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。 三、项目实施 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。可以选用如图5.5-5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。 图5.5-5 选用的凸透镜 三、项目实施 想一想:对于图5.5-4的制作方案，你有没有办法减小望远镜两个镜筒间的缝隙?另外，还应注意每段镜筒的长度需合适，以便留出前后调节的空间。 缝隙处理： 使用软质填充物（橡胶条、塑料环）减小缝隙，或粘贴装饰条美化并遮盖缝隙，确保可以活动硬纸环。 三、项目实施 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（图5.5-6）。 此外，还要考虑如何把物镜和目镜方便地固定在镜筒上。 图5.5-6 利用瓦楞纸板制作镜筒 三、项目实施 (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。 四 展示交流 向其他同学展示你的成果，介绍你的制作方案，分享你的收获。例如，在制作望远镜的过程中，你发现了哪些问题?你是如何改进的?还要倾听其他同学的讲解，看看对你有什么启发。同学之间相互评价，比一比谁的望远镜更完善。 五 科学世界 在人类历史的早期，人们利用肉眼观测象。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。 望远镜与宇宙探索 望远镜的发明大大扩展了人类观测天空的视野。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（图5.5-7），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。 图5.5-7 伽利略望远镜 木星及其卫星 太阳黑子 月球的环形山 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，并计算出这颗行星的运动轨道。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”。这一发现为万有引力定律提供了有力的支持。 海王星 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。 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。 通过对宇宙的不懈探索，我们现在知道，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（太阳系）。 随着技术的进步，更多的大型望远镜和空间望远镜将提供更高的分辨率和更广的观测范围，继续挑战和超越我们对宇宙的现有认识，帮助我们揭示更多宇宙的奥秘。 六 课堂小结 开普勒式 望远镜 成像性质 物镜： 目镜： 工作原理 物镜： 目镜：将物镜焦点处的实像放大，增大视角 在物镜焦点处成实像，拉近距离，增大视角 物镜比人眼瞳孔直径大，进光量大，成像明亮 大焦距凸透镜使远处物体在焦点附近成倒立缩小的实像，相当于照相机 小焦距凸透镜使远处物体在焦点附近的实像成正立放大的虚像，相当于放大镜 结构尺寸 物镜筒长： 目镜筒长： 稍大于目镜焦距，小于物镜筒长 稍大于物镜焦距 Lavf60.3.100 Lavf60.3.100 Lavf57.62.100 vid:v0300fg10000ce234q3c77u3srh7f060 $