第25讲 跨学科实践：制作望远镜（暑假预习讲义）新八年级物理新教材人教版

第25讲 跨学科实践：制作望远镜 内容导航 01 预习航标→ 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 概念构建：梳理核心概念，形成知识框架 考点精讲：聚焦常考要点，讲清逻辑 例题精析：典型题目带路，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 关键词 学习目标导航 目镜 物镜 望远镜的基本原理 视角 制作望远镜 1.理解望远镜的基本原理。 2.能运用凸透镜成像规律解释望远镜的成像过程。 3.知道视角的概念及影响视角大小的因素。 4.能亲自动手制作望远镜并观测远处景物。 学习重点：望远镜的光路原理、望远镜的制作，望远镜的测试与评估。 学习难点：望远镜“二次成像”光路的理解，镜筒长度与物镜焦距的关系、开普勒望远镜成倒像的理解与接受。 情｜境｜启｜思 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望远镜。或许你能用它获得新的发现呢! 概｜念｜构｜建 1.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倒立、缩小的实像，目镜的作用相当于一个放大镜，成正立、放大的虚像。 2.视角的大小不仅和物体本身的大小有关，还和物体到眼睛的距离有关。 3.望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之比。 深｜研｜精｜炼 知识点01 制作望远镜 项目分析 要自己制作望远镜，你需要完成以下任务。 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，制作一个望远镜并进行调试。 项目实施 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。 （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 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. 视角 （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。 望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之比，即。其中，是物镜的焦距，是目镜的焦距。 【例1】如图所示，是由两组凸透镜组成的望远镜，使远处的物体在焦点附近成实像的物镜相当于______的镜头；物镜的直径比我们眼睛的瞳孔大很多，主要目的是________________。 【答案】 照相机 使像更清晰 【详解】[1]物镜成倒立、缩小的实像，成像原理与照相机镜头相同。 [2]增大接收光线的范围，能够汇聚更多光线，从而让成像更加清晰。 【即练1】在学习了透镜成像的知识后，项目学习小组尝试自制了一台简易开普勒望远镜，其结构如图所示，由两组凸透镜组成。关于该望远镜的光学原理，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 【详解】A．在开普勒望远镜中，靠近被观测物体的是物镜，靠近眼睛的是目镜。因此，图中A镜是物镜，B镜是目镜，故A错误； B．太空中的星体距离物镜A非常远，即物距大于二倍焦距，物镜A成的是倒立、缩小的实像，而非虚像，故B错误； C．物镜A的成像原理与照相机一致，，成倒立、缩小的实像，而投影仪的原理是，成倒立、放大的实像，两者不同，故C错误； D．目镜B的作用相当于放大镜，将物镜A所成的实像再次放大，成正立、放大的虚像，故D正确。 故选D。 3. 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 首先测量凸透镜的焦距，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。 4. 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。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：对于上述制作方案，你有没有办法减小望远镜两个镜筒间的缝隙？ 在目镜镜筒外部包一层棉布；用纸片把缝隙盖住；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：用胶水固定；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。 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。 【例2】跨学科实践：制作望远镜。 小明用厚纸板、胶带、剪刀、凸透镜M（焦距10 cm，直径4 cm）、凸透镜N（焦距20 cm，直径5 cm）等材料制成了如图甲所示的望远镜。 (1)制作望远镜时，应选用凸透镜___________（选填“M”或“N”）作为物镜，另一凸透镜作为目镜。 (2)该望远镜结构如图乙所示，通过所制望远镜观察远处物体时，物体经物镜折射后成倒立、___________的实像，该作用相当于一个___________（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）。 (3)观察近处的物体时，两块凸透镜间的距离要___________（选填“增大”或“减小”）一些。 【答案】(1)N (2) 缩小 照相机 (3)增大 【详解】（1）望远镜的物镜需要选用焦距更大的凸透镜，目镜选用焦距更小的凸透镜，题目中焦距大于的，因此选作为物镜。 （2）使用望远镜时，物体在物镜的二倍焦距之外，因此成倒立、缩小的实像，这和照相机的成像特点一致，相当于照相机。 （3）当观察近处物体时，物距减小，像距会增大。为了使物镜所成的像仍然位于目镜的焦点以内，靠近焦点，需要增大两镜之间的距离。因此，两块凸透镜之间的距离要变大一些。 【即练2】根据下列学科实践活动，回答问题。 自制天文望远镜 学校物理项目学习小组首先开展“自制望远镜”活动。小组同学准备了焦距分别为5cm和40cm的两个凸透镜、硬纸筒、刻度尺、光具座和胶水等材料。 【设计与制作】 (1)为了挑选焦距较长的透镜用作物镜，小明取一个大烧杯，在里面充满烟雾后倒扣在桌上，然后，用手电筒垂直杯底射出平行光束如图甲。先后将透镜λ和B放置在杯底上方，观察透镜对光的作用，效果如图乙、丙所示。则凸透镜_________（A、B）对光的会聚作用较强，所以，应挑选__________凸透镜为物镜，挑选__________凸透镜为目镜； (2)小明将挑出的物镜安装在光具座50cm刻度处，在物镜左侧放置光屏，观察右侧窗外远处景物（物距10m以上）的成像情况，如图a所示。调节光屏发现，在接近_______cm刻度处，可以找到倒立______的实像； (3)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，如图b所示、这样便于在观察远处星球时调节________到_______的距离； 【优化与改进】 (4)项目组还利用光的直线传播原理，制作了一个辅助寻星装置，并将它装在望远镜的套筒上，如图c。这样就可以通过寻星装置先找到目标星球，再用望远镜进行观察。c图中，小明已经在寻星装置一端设计好了带开口的挡板，请将另一端挡板开口的设计画在图d的虚线框中。 【答案】(1) B A B (2) 10 缩小 (3) 目镜 物镜 (4) 【详解】（1）凸透镜焦距越小，对光的会聚能力越强。由图可知，凸透镜B焦距更小，说明B会聚能力更强；凸透镜A焦距更大。开普勒望远镜中，物镜选长焦距凸透镜，目镜选短焦距凸透镜，因此应挑选A凸透镜为物镜，B凸透镜为目镜。 （2）挑出的物镜为焦距较长的凸透镜A，焦距为40cm，安装在光具座50cm刻度处，观察窗外远处景物，物距10m以上，物距远大于二倍焦距，根据凸透镜成像规律，此时成倒立、缩小的实像，像距约等于物镜的焦距40cm，所以调节左侧光屏，会在接近刻度处找到倒立缩小的实像。 （3）可伸缩圆筒的作用是调节物镜和目镜的间距，使物镜成的实像落在目镜的一倍焦距内（目镜相当于放大镜），从而得到清晰的放大像。 （4）寻星装置的作用是利用光的直线传播规律来瞄准目标。因此，另一端的挡扳开口应设计成与图c中对称的“V”形，使视线能通过两个开口形成一条直线，对准目标星球。 一、单选题（共6小题） 1．小聪翻阅资料和询问老师了解到望远镜原理后在跨学科实践：制作望远镜课上，小聪制作了简易有效望远镜如图所示，受到老师和同学们的一致好评。关于设计简易有效望远镜，下列说法合理的是（　　） A．物镜成放大的实像 B．目镜成放大的实像 C．物镜和目镜可以选取两个凸透镜 D．物镜和目镜可以选取两个凹透镜 【答案】C 【详解】AB．望远镜物镜工作时，远处物体的物距大于物镜的二倍焦距，根据凸透镜成像规律，物镜成倒立、缩小的实像；物镜成的实像位于目镜的一倍焦距以内，根据凸透镜成像规律，目镜成正立、放大的虚像，故AB不符合题意； C．我们制作常见的简易开普勒望远镜时，可以选取两个焦距不同的凸透镜，长焦距的做物镜、短焦距的做目镜，故C符合题意； D．两个凹透镜无法实现望远镜对远处物体清晰放大的成像效果，故D不符合题意。 故选C。 2．天文爱好者所使用的望远镜如图所示。以下判断正确的是（　　） A．A镜是目镜 B．B镜是物镜 C．由于没有光屏，太空中的星体通过A镜成的是虚像 D．望远镜的目镜作用是把物体通过物镜成的像放大 【答案】D 【详解】AB．靠近眼睛的B镜是目镜，靠近物体的A镜是物镜，故AB错误； CD．太空中的星体通过A镜成倒立缩小的实像；目镜的作用是将物镜所成的实像放大，形成一个正立、放大的虚像，故C错误，D正确。 故选D。 3．如图所示在跨学科实践中，小明用两个凸透镜自制天文望远镜观察月球，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．目镜和物镜的作用相同 C．月球通过物镜成的像是倒立缩小的实像 D．物镜的焦距应该比目镜小一点 【答案】C 【详解】A．望远镜的结构中，靠近眼睛的镜片为目镜，靠近被观测物体的镜片为物镜，故A错误； BC．望远镜的目镜和物镜都是凸透镜，作用不同。望远镜的物镜到物体的距离远大于它的二倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，此时成倒立、缩小的实像，这与照相机的成像特点相同，所以物镜相当于一个照相机；望远镜的目镜相当于一个放大镜，成正立、放大的虚像，作用是将物镜成的像进行放大，故B错误，C正确； D．天文望远镜中，物镜的焦距要比目镜的焦距大，这样才能使物镜成的实像落在目镜的一倍焦距以内，方便目镜放大，故D错误。 故选C。 4．某同学利用两块凸透镜制作望远镜。下列说法正确的是（   ） A．望远镜的放大倍率越大，成像质量越好 B．制作时应选择直径较小、焦距较大的凸透镜作为目镜 C．望远镜的物镜成倒立、放大的实像，目镜成正立、放大的虚像 D．看清远处物体后再观察近处物体，应适当增大两透镜之间的距离 【答案】D 【详解】A．望远镜的放大倍率与成像质量不是同一概念，过大的放大倍率可能会导致成像质量下降，故A错误； B．制作望远镜时，应选择焦距较长、口径较大的凸透镜作为物镜，焦距较短、口径较小的凸透镜作为目镜，故B错误； C．望远镜是由两组透镜组成，物镜成倒立、缩小的实像，与照相机的成像原理相同；目镜成正立、放大的虚像，与放大镜的成像原理相同，故C错误； D．看清远处物体时，物镜成的实像位于目镜的一倍焦距以内（靠近焦点），此时两透镜距离较小；观察近处物体时，物体到物镜的距离减小，物镜成的实像会远离物镜，即向目镜方向移动，为使实像仍在目镜的一倍焦距以内成清晰的 像，需适当增大两透镜之间的距离，故D正确。 故选D。 5．学生在跨学科实践活动中，开展自制望远镜活动。如图所示，下列说法不正确的是（　　） A．物镜的作用是使远处物体成实像 B．目镜的作用相当于一个放大镜 C．学生制作望远镜的物镜和目镜都是采用凸透镜 D．制作完成的望远镜的物镜和目镜会两次放大远处的物体，增大人的视角 【答案】D 【详解】A．望远镜的物镜相当于照相机，其作用是使远处物体成倒立、缩小的实像，故A正确，不符合题意； B．望远镜的目镜相当于放大镜，用来把像放大，故B正确，不符合题意； C．学生制作望远镜的物镜和目镜都是采用凸透镜，故C正确，不符合题意； D．望远镜的物镜成倒立、缩小的实像，这个实像在目镜的焦点以内，通过目镜成正立、放大的虚像，并不是物镜和目镜两次放大远处的物体，故D错误，符合题意。 故选D。 6．如图甲所示是天文爱好者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8亿千米外的木星，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（　　） A．天文爱好者通过纯手工磨制的镜片是凹透镜 B．看到8亿千米外的木星只利用了光的直线传播的知识 C．清晰地看到木星表面的斑纹时物镜的成像原理与照相机相同 D．木星到物镜的距离满足（为物镜的焦距） 【答案】C 【详解】A．图乙中该望远镜的物镜和目镜都是凸透镜，因此磨制的镜片是凸透镜，不是凹透镜，故A错误； B．光经过透镜成像利用的是光的折射，不是只利用光的直线传播，故B错误； C．望远镜的物镜作用是使远处的物体成倒立、缩小的实像，成像原理和照相机相同，故C正确； D．照相机成像的条件是物距大于2倍焦距（），木星距离物镜极远，因此木星到物镜的距离，故D错误。 故选C。 二、填空题（共4小题） 7．在跨学科实践中，某同学准备制作一个如图所示的望远镜，可选的凸透镜有甲（焦距20cm、直径5cm）、乙（焦距10cm、直径4cm）。他应选择凸透镜________（填“甲”或“乙”）作为目镜，该望远镜的放大倍率为________倍。 【答案】 乙 2 【解析】【小题1】望远镜的物镜需要焦距较长的凸透镜，用来会聚远处物体的光线；目镜需要焦距较短的凸透镜，用来放大物镜所成的像。已知甲焦距20cm，乙焦距10cm，所以应选甲作为物镜，乙作为目镜。 【小题2】望远镜的放大倍率公式为：，代入数据可得 8．如图所示是同学们制作的开普勒式望远镜，它的镜头是两片凸透镜；因为观察的物体距离物镜很远，所以物镜所成的像是倒立、________的实像，目镜相当于一个________（填“照相机”“投影仪”“放大镜”）。 【答案】 缩小 放大镜 【详解】[1]根据凸透镜成像规律，当物体距离物镜很远时，物距大于二倍焦距，此时物镜所成的像是倒立、缩小的实像。 [2]目镜相当于一个放大镜，它将物镜所成的像进行放大，放大镜就是利用物距小于一倍焦距时，成正立、放大虚像的原理工作的，这里物镜所成的实像作为目镜的“物体”，在目镜的一倍焦距以内，经目镜成正立、放大的虚像。 9．小智分别用甲、乙两个凸透镜在室内的白墙（离墙近）和窗户之间移动，各自移动到恰当位置时，在墙上能看到窗外远处同一景物清晰的像（如图），还观察到成像时，甲到白墙的距离大于乙到白墙的距离。由此可以判断，甲凸透镜的焦距较______（选填“长”或“短”），与乙相比，更合适作为自制望远镜的______（选填“物”或“目”）镜。 【答案】 长 物 【详解】[1][2]凸透镜成像时，物距大于二倍焦距，成倒立、缩小的实像，像距在一倍焦距和二倍焦距之间。对于凸透镜，焦距越短，折射能力越强，成像时像距越小。望远镜的物镜成倒立、缩小的实像，目镜成正立、放大的虚像，物镜的焦距长，目镜的焦距短。在成倒立、缩小的实像时，像距越大，说明凸透镜的焦距越长。已知甲到白墙的距离大于乙到白墙的距离，即甲成像时的像距大，所以甲凸透镜的焦距较长。望远镜的物镜需要用焦距长的凸透镜，因为物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像，焦距长可以使像更大、更清晰。甲凸透镜的焦距长，所以甲可以作为自制望远镜的物镜。 10．在跨学科实践活动中，为观察远处的物体，用焦距为10cm、20cm的两块凸透镜制成可伸缩的望远镜，如图甲所示，结构简易图如图乙所示。则用焦距为________cm的凸透镜作物镜；当观察的物体越远时，两块凸透镜之间的距离越________。 【答案】 20 小 【详解】[1]望远镜的物镜需收集远处物体的光线并形成实像，通常采用较长焦距的凸透镜。根据开普勒望远镜原理，物镜焦距应大于目镜焦距。因此，焦距为20cm的凸透镜作为物镜，10cm的作为目镜。 [2]当观察物体越远时，物镜形成的实像位置越接近物镜的焦距位置。此时，物镜与目镜的间距需调整为物镜焦距 加上目镜焦距，即。若物体靠近，物镜的像距会增大，需增大两透镜间距以保持清晰成像。因此，物体越远，两透镜间距越小。 三、实验题（共2小题） 11．某项目化学习小组在物理实践课上自制简易望远镜，为选择合适的凸透镜制作望远镜，学习小组探究并收集数据记录在表中： (1)用望远镜观察远处物体时，物镜相当于照相机的镜头，成_______像；目镜相当于放大镜，成_______像。（填写完整成像性质） (2)小组成员查阅资料了解到望远镜的“视角放大倍数”是一个核心指标，它直观反映了望远镜将远处物体拉近放大的能力。视角放大倍数=物镜焦距÷目镜焦距，则表中B望远镜的视角放大倍数是_______， C望远镜的物镜焦距是_______cm。 望远镜 目镜焦距 5cm 5cm 5cm 物镜焦距 10cm 15cm 物镜直径 3cm 5cm 4cm 成像亮度 暗 亮 较亮 视角放大倍数 2倍 6倍 (3)小组成员又研究发现：物镜面积越_______，透过的光越多，像越明亮，但视角放大倍数并非越大越好，2∼3倍最适合，则上述三个望远镜中成像质量最高的是_______。 【答案】(1) 倒立、缩小的实 正立、放大的虚 (2) 3倍 30 (3) 大 B 【详解】（1）[1][2]用望远镜观察远处物体时，物镜相当于照相机的镜头，成倒立、缩小的实像；目镜相当于放大镜，成正立、放大的虚像。 （2）[1]由题知，B的物镜焦距15cm、目镜焦距5cm，则望远镜B的视角放大倍数倍。 [2]C望远镜的视角放大倍数为6倍，目镜焦距5cm，则物镜焦距 （3）[1]物镜面积越大，透过的光越多，像越明亮，面积与直径正相关，B的物镜直径最大，成像最亮。 [2]成像质量最高的望远镜需同时满足“像明亮”和“视角放大倍数在倍最适合”。B的视角放大倍数是3倍，符合倍，且成像最亮，故成像质量最高的是B望远镜。 12．跨学科实践：制作望远镜。 （1）小明用厚纸板、胶带、剪刀、凸透镜M（焦距10cm，直径4cm）、凸透镜N（焦距20cm，直径5cm）等材料根据图甲所示原理，制成了如图乙所示的望远镜。 （2）制作望远镜时，应选用凸透镜_________（选填“M”或“N”）作为目镜，另一凸透镜作为物镜。 （3）通过所制望远镜观察远处物体时，物体经物镜折射后成_________、_________的_________像；此时两块凸透镜间的距离约等于_________时，成像效果最佳。观察近处物体时，为了看清像，两块凸透镜间的距离要变_________一些。 （4）展示：小明用望远镜观察远处树木，肉眼直接观察树木如图丙所示，则在原地用自制望远镜看到的像是( ) A．B． C．D． 【答案】 M 倒立 缩小 实 30 大 B 【详解】（2）[1]要获得较大放大倍率，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。则应选择M作为目镜，N作为物镜。 （3）[2][3][4]当观察最远处的物体时，物距大于凸透镜的二倍焦距，则物体经物镜折射后成倒立、缩小的实像。 [5]观察最远处的物体时，所成的实像位于物镜的焦点附近，目镜需要将这个实像作为“物体”进行放大，此时该实像应位于目镜的焦点以内，越靠近目镜焦点，成的虚像越大，因此，两块凸透镜之间的距离应等于物镜的焦距与目镜的焦距之和，即20cm+10cm=30cm。 [6]当观察近处物体时，物距减小，像距会增大。为了使物镜所成的像仍然位于目镜的焦点以内，靠近焦点，需要增大两镜之间的距离。因此，两块凸透镜之间的距离要变大一些。 （4）[7]通过望远镜最终看到的像是经过物镜成倒立实像和目镜成正立虚像后的结果，所以看到的是倒立的像。观察远处树木，肉眼直接观察树木是正立的，那么通过自制望远镜看到的像应该是倒立的，与原物相比，通过望远镜所成的是树木缩小的虚像。因为物镜成缩小的实像，目镜将这个实像放大，但整体而言，与原物相比还是缩小的。但可以确定看到的像是倒立的、缩小的虚像，故选B。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第25讲 跨学科实践：制作望远镜 内容导航 01 预习航标→ 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 概念构建：梳理核心概念，形成知识框架 考点精讲：聚焦常考要点，讲清逻辑 例题精析：典型题目带路，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 关键词 学习目标导航 目镜 物镜 望远镜的基本原理 视角 制作望远镜 1.理解望远镜的基本原理。 2.能运用凸透镜成像规律解释望远镜的成像过程。 3.知道视角的概念及影响视角大小的因素。 4.能亲自动手制作望远镜并观测远处景物。 学习重点：望远镜的光路原理、望远镜的制作，望远镜的测试与评估。 学习难点：望远镜“二次成像”光路的理解，镜筒长度与物镜焦距的关系、开普勒望远镜成倒像的理解与接受。 情｜境｜启｜思 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望远镜。或许你能用它获得新的发现呢! 概｜念｜构｜建 1.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 ，靠近被观测物体的叫作 。物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成 、 的 ，目镜的作用相当于一个 ，成 、 的 。 2.视角的大小不仅和物体本身的 有关，还和物体到眼睛的 有关。 3.望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之 。 深｜研｜精｜炼 知识点01 制作望远镜 项目分析 要自己制作望远镜，你需要完成以下任务。 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，制作一个望远镜并进行调试。 项目实施 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 ，靠近被观测物体的叫作 。 （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 、 的 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 、 的 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 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. 视角 （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 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 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。 望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之比，即。其中，是物镜的焦距，是目镜的焦距。 【例1】如图所示，是由两组凸透镜组成的望远镜，使远处的物体在焦点附近成实像的物镜相当于______的镜头；物镜的直径比我们眼睛的瞳孔大很多，主要目的是________________。 【即练1】在学习了透镜成像的知识后，项目学习小组尝试自制了一台简易开普勒望远镜，其结构如图所示，由两组凸透镜组成。关于该望远镜的光学原理，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 3. 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 首先测量凸透镜的焦距，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。 4. 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。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：对于上述制作方案，你有没有办法减小望远镜两个镜筒间的缝隙？ 在目镜镜筒外部包一层棉布；用纸片把缝隙盖住；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：用胶水固定；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。 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。 【例2】跨学科实践：制作望远镜。 小明用厚纸板、胶带、剪刀、凸透镜M（焦距10 cm，直径4 cm）、凸透镜N（焦距20 cm，直径5 cm）等材料制成了如图甲所示的望远镜。 (1)制作望远镜时，应选用凸透镜___________（选填“M”或“N”）作为物镜，另一凸透镜作为目镜。 (2)该望远镜结构如图乙所示，通过所制望远镜观察远处物体时，物体经物镜折射后成倒立、___________的实像，该作用相当于一个___________（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）。 (3)观察近处的物体时，两块凸透镜间的距离要___________（选填“增大”或“减小”）一些。 【即练2】根据下列学科实践活动，回答问题。 自制天文望远镜 学校物理项目学习小组首先开展“自制望远镜”活动。小组同学准备了焦距分别为5cm和40cm的两个凸透镜、硬纸筒、刻度尺、光具座和胶水等材料。 【设计与制作】 (1)为了挑选焦距较长的透镜用作物镜，小明取一个大烧杯，在里面充满烟雾后倒扣在桌上，然后，用手电筒垂直杯底射出平行光束如图甲。先后将透镜λ和B放置在杯底上方，观察透镜对光的作用，效果如图乙、丙所示。则凸透镜_________（A、B）对光的会聚作用较强，所以，应挑选__________凸透镜为物镜，挑选__________凸透镜为目镜； (2)小明将挑出的物镜安装在光具座50cm刻度处，在物镜左侧放置光屏，观察右侧窗外远处景物（物距10m以上）的成像情况，如图a所示。调节光屏发现，在接近_______cm刻度处，可以找到倒立______的实像； (3)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，如图b所示、这样便于在观察远处星球时调节________到_______的距离； 【优化与改进】 (4)项目组还利用光的直线传播原理，制作了一个辅助寻星装置，并将它装在望远镜的套筒上，如图c。这样就可以通过寻星装置先找到目标星球，再用望远镜进行观察。c图中，小明已经在寻星装置一端设计好了带开口的挡板，请将另一端挡板开口的设计画在图d的虚线框中。 一、单选题（共6小题） 1．小聪翻阅资料和询问老师了解到望远镜原理后在跨学科实践：制作望远镜课上，小聪制作了简易有效望远镜如图所示，受到老师和同学们的一致好评。关于设计简易有效望远镜，下列说法合理的是（　　） A．物镜成放大的实像 B．目镜成放大的实像 C．物镜和目镜可以选取两个凸透镜 D．物镜和目镜可以选取两个凹透镜 2．天文爱好者所使用的望远镜如图所示。以下判断正确的是（　　） A．A镜是目镜 B．B镜是物镜 C．由于没有光屏，太空中的星体通过A镜成的是虚像 D．望远镜的目镜作用是把物体通过物镜成的像放大 3．如图所示在跨学科实践中，小明用两个凸透镜自制天文望远镜观察月球，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．目镜和物镜的作用相同 C．月球通过物镜成的像是倒立缩小的实像 D．物镜的焦距应该比目镜小一点 4．某同学利用两块凸透镜制作望远镜。下列说法正确的是（   ） A．望远镜的放大倍率越大，成像质量越好 B．制作时应选择直径较小、焦距较大的凸透镜作为目镜 C．望远镜的物镜成倒立、放大的实像，目镜成正立、放大的虚像 D．看清远处物体后再观察近处物体，应适当增大两透镜之间的距离 5．学生在跨学科实践活动中，开展自制望远镜活动。如图所示，下列说法不正确的是（　　） A．物镜的作用是使远处物体成实像 B．目镜的作用相当于一个放大镜 C．学生制作望远镜的物镜和目镜都是采用凸透镜 D．制作完成的望远镜的物镜和目镜会两次放大远处的物体，增大人的视角 6．如图甲所示是天文爱好者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8亿千米外的木星，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（　　） A．天文爱好者通过纯手工磨制的镜片是凹透镜 B．看到8亿千米外的木星只利用了光的直线传播的知识 C．清晰地看到木星表面的斑纹时物镜的成像原理与照相机相同 D．木星到物镜的距离满足（为物镜的焦距） 二、填空题（共4小题） 7．在跨学科实践中，某同学准备制作一个如图所示的望远镜，可选的凸透镜有甲（焦距20cm、直径5cm）、乙（焦距10cm、直径4cm）。他应选择凸透镜________（填“甲”或“乙”）作为目镜，该望远镜的放大倍率为________倍。 8．如图所示是同学们制作的开普勒式望远镜，它的镜头是两片凸透镜；因为观察的物体距离物镜很远，所以物镜所成的像是倒立、________的实像，目镜相当于一个________（填“照相机”“投影仪”“放大镜”）。 9．小智分别用甲、乙两个凸透镜在室内的白墙（离墙近）和窗户之间移动，各自移动到恰当位置时，在墙上能看到窗外远处同一景物清晰的像（如图），还观察到成像时，甲到白墙的距离大于乙到白墙的距离。由此可以判断，甲凸透镜的焦距较______（选填“长”或“短”），与乙相比，更合适作为自制望远镜的______（选填“物”或“目”）镜。 10．在跨学科实践活动中，为观察远处的物体，用焦距为10cm、20cm的两块凸透镜制成可伸缩的望远镜，如图甲所示，结构简易图如图乙所示。则用焦距为________cm的凸透镜作物镜；当观察的物体越远时，两块凸透镜之间的距离越________。 三、实验题（共2小题） 11．某项目化学习小组在物理实践课上自制简易望远镜，为选择合适的凸透镜制作望远镜，学习小组探究并收集数据记录在表中： (1)用望远镜观察远处物体时，物镜相当于照相机的镜头，成_______像；目镜相当于放大镜，成_______像。（填写完整成像性质） (2)小组成员查阅资料了解到望远镜的“视角放大倍数”是一个核心指标，它直观反映了望远镜将远处物体拉近放大的能力。视角放大倍数=物镜焦距÷目镜焦距，则表中B望远镜的视角放大倍数是_______， C望远镜的物镜焦距是_______cm。 望远镜 目镜焦距 5cm 5cm 5cm 物镜焦距 10cm 15cm 物镜直径 3cm 5cm 4cm 成像亮度 暗 亮 较亮 视角放大倍数 2倍 6倍 (3)小组成员又研究发现：物镜面积越_______，透过的光越多，像越明亮，但视角放大倍数并非越大越好，2∼3倍最适合，则上述三个望远镜中成像质量最高的是_______。 12．跨学科实践：制作望远镜。 （1）小明用厚纸板、胶带、剪刀、凸透镜M（焦距10cm，直径4cm）、凸透镜N（焦距20cm，直径5cm）等材料根据图甲所示原理，制成了如图乙所示的望远镜。 （2）制作望远镜时，应选用凸透镜_________（选填“M”或“N”）作为目镜，另一凸透镜作为物镜。 （3）通过所制望远镜观察远处物体时，物体经物镜折射后成_________、_________的_________像；此时两块凸透镜间的距离约等于_________时，成像效果最佳。观察近处物体时，为了看清像，两块凸透镜间的距离要变_________一些。 （4）展示：小明用望远镜观察远处树木，肉眼直接观察树木如图丙所示，则在原地用自制望远镜看到的像是( ) A． B． C． D． 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $