5.5 跨学科实践：制作望远镜（课件，教材配套版）物理新教材人教版八年级上册

该初中物理课件围绕“制作望远镜”跨学科实践，核心知识点为凸透镜成像规律在望远镜中的应用，包括物镜成实像、目镜放大及视角原理。通过科学家探索宇宙的案例导入，引导学生经历原理了解、设计、制作、调试的完整过程，构建从理论到实践的学习支架。 其亮点在于以四维教学目标落实核心素养，科学探究层面通过设计镜筒、选择透镜（如物镜焦距长直径大、目镜反之）、调试距离等实践培养操作与创新能力，科学思维层面通过分析放大倍率与焦距关系形成模型建构能力。采用项目式学习，结合宇宙探索拓展，学生能提升综合素养，教师可获得结构化实践教学方案。

第5节 跨学科实践： 制作望远镜 第五章 透镜及其应用 图5.5-1 自制的望远镜 物理 八年级上册 本课学习第五章第5节“跨学科实践：制作望远镜”。本节将透镜成像知识用于真实的设计与制作任务。 要点：①制作望远镜 ②跨学科实践 ③透镜及其应用 时长：1分钟 四维教学目标 物理观念 了解由两组凸透镜组成的望远镜的基本原理， 能说明物镜、目镜的作用以及视角与望远镜 放大效果的关系。 科学思维 根据放大倍率与物镜、目镜焦距的关系，分析 凸透镜的选择和镜筒结构设计，形成模型建构 与科学推理意识。 科学探究 通过测量焦距和直径，经历设计、选材、制作、 试用、调整与改进简易望远镜的实践过程，并 能交流制作方案和证据。 科学态度与责任 在合作制作、展示和相互评价中保持实事求是、 乐于倾听和持续改进的态度，认识望远镜对宇宙 探索的作用及我国相关科技成就。 02 [过渡] 本课从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度展开。学习结果不仅包括理解原理，还包括完成设计、制作、调整、交流与评价。 要点：①物理观念 ②科学思维 ③科学探究 ④科学态度与责任 时长：2分钟 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！ 图5.5-1 自制的望远镜 第五章 透镜及其应用 03 [过渡] 科学家利用天文望远镜接收遥远星系的信息。我们也可以根据透镜成像的知识制作望远镜，并用它尝试观察远处的物体。 要点：①天文望远镜 ②透镜成像 ③自己制作 时长：2分钟 项目分析 要自己制作望远镜，你需要完成以下任务。 1 了解基本原理 了解望远镜的 基本原理。 2 设计望远镜 设计一个望远镜，能够用它 观察校园内远处的物体。 3 制作并调试 根据设计方案，选用合适的 器材，制作一个望远镜并 进行调试。 04 [过渡] 制作任务分为三个部分：先了解基本原理，再完成设计，最后选择器材、制作并调试。 要点：①了解原理 ②设计方案 ③制作调试 时长：2分钟 1. 了解望远镜的基本原理 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（图5.5-2）。 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。 图5.5-2 天文爱好者用的望远镜 第五章 透镜及其应用 05 [过渡] 这种望远镜由两组凸透镜组成。物镜使远处物体在焦点附近成实像，目镜相当于放大镜，用来把这个像放大。 要点：①两组凸透镜 ②物镜 ③目镜 时长：3分钟 想一想 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？ 关键在于：视角 06 [过渡] 这里出现一个疑问：物镜所成的像是缩小的，为什么通过望远镜观察时却感到物体被放大？请学生先结合前面的探究结果进行思考。 要点：①像是缩小的 ②观察时感到放大 ③提出疑问 时长：2分钟 视角 原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛 所成“视角”（图5.5-3）的大小十分重要。 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。 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。 图5.5-3 视角 视角可以变得很大 07 [过渡] 能不能看清物体，与物体对眼睛所成视角的大小有关。物镜所成的像离眼睛很近，再加上目镜的放大作用，视角可以变得很大。 要点：①视角 ②物体大小 ③物体到眼睛的距离 时长：3分钟 望远镜的放大倍率 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。 物镜的焦距 目镜的焦距 ∶ 08 [过渡] 进一步分析可知，这种望远镜的放大倍率为物镜焦距与目镜焦距之比。注意辨认比值中的前后顺序。 要点：①放大倍率 ②物镜焦距 ③目镜焦距 时长：2分钟 2. 设计简易望远镜 1 确定放大倍率 2 选择物镜和目镜 3 设计镜筒 09 [过渡] 理解基本原理后，进入设计环节。设计依次考虑放大倍率、凸透镜选择和镜筒结构。 要点：①放大倍率 ②物镜和目镜 ③镜筒 时长：1分钟 （1）确定望远镜的放大倍率 2～3 倍 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。 10 [过渡] 自制望远镜可采用单片凸透镜作为目镜和物镜。为了使成像质量好一些，放大倍率不宜过大，取2～3倍即可。 要点：①单片凸透镜 ②成像质量 ③2～3倍 时长：2分钟 （2）选择物镜和目镜 镜片来源 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。 测量与选择 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。 11 [过渡] 镜片可以来自阅读用放大镜、老花镜，也可以直接购买凸透镜。要测量凸透镜的焦距，再根据放大倍率要求选择物镜和目镜。 要点：①镜片来源 ②测量焦距 ③按倍率选择 时长：3分钟 选择物镜和目镜：直径与结论 直径要求 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。 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。 12 [过渡] 选择凸透镜时还要考虑直径。物镜应焦距较长、直径较大；目镜应焦距较短、直径较小。 要点：①测量直径 ②物镜选择 ③目镜选择 时长：3分钟 （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。 图5.5-4 自制望远镜的结构 物镜镜筒较粗 目镜镜筒较细 13 [过渡] 为了调节两块凸透镜间的距离，镜筒设计成两段。物镜镜筒较粗，目镜镜筒较细，两段可以套在一起。 要点：①两段镜筒 ②粗细配合 ③便于调节 时长：3分钟 调节两块凸透镜间的距离 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。 14 [过渡] 观察最远处物体时，两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜的焦距之和；观察较近物体时，距离要稍大一些。 要点：①最远处 ②焦距之和 ③较近处 时长：3分钟 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5.5-5所示的两块凸透镜。 物镜 焦距约为20 cm，直径约为5 cm； 目镜 焦距约为10 cm，直径约为4 cm。 图5.5-5 选用的凸透镜 15 [过渡] 教材给出了两块凸透镜的示例数据。物镜焦距约20 cm、直径约5 cm；目镜焦距约10 cm、直径约4 cm。 要点：①物镜数据 ②目镜数据 ③制作镜筒 时长：3分钟 制作前的思考 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。 16 [过渡] 制作前要思考怎样减小两个镜筒间的缝隙，同时保证每段镜筒的长度合适，留出前后调节空间。 要点：①减小缝隙 ②镜筒长度 ③调节空间 时长：2分钟 制作镜筒 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）。 图5.5-6 利用瓦楞纸板制作镜筒 17 [过渡] 镜筒可以利用现成的圆筒状物品，也可以截取长方形纸板并卷起来制作。制作尺寸要依据凸透镜焦距、直径和镜筒长度要求。 要点：①圆筒状物品 ②长方形纸板 ③卷制镜筒 时长：3分钟 固定物镜和目镜 此外，还要考虑如何把物镜和目镜方便地固定在镜筒上。 18 [过渡] 镜筒完成后，还要考虑怎样把物镜和目镜方便地固定在镜筒上。固定方式要服务于后续试用与调节。 要点：①固定物镜 ②固定目镜 ③方便使用 时长：2分钟 （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。 观察远处物体 调节镜筒长度 改变物镜与目镜间的距离 看到清晰的像 19 [过渡] 把目镜镜筒插入物镜镜筒，通过望远镜观察远处物体。调节镜筒长度，改变两块凸透镜间的距离，直到看到清晰的像。 要点：①插入镜筒 ②观察物体 ③调到清晰 时长：4分钟 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。 1 展示成果 2 介绍方案 3 分享与改进 4 倾听启发 5 相互评价 比一比谁的望远镜更完善 20 [过渡] 完成作品后进行展示交流。介绍制作方案和收获，说明发现的问题及改进方法，倾听其他同学的讲解并相互评价。 要点：①展示成果 ②分享改进 ③倾听评价 时长：4分钟 科学世界 望远镜与宇宙探索 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。 21 [过渡] 人类早期利用肉眼观测天象，并通过测量天体运动制定历法。教材引用战国时期文献，说明北斗七星的周回运转与四季、节气变迁有关。 要点：①肉眼观测 ②制定历法 ③北斗七星 时长：3分钟 伽利略把望远镜指向天空 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 伽利略时代的望远镜 22 [过渡] 1609年，伽利略用自制望远镜观察天体，以证据支持哥白尼的“日心说”，并观察到木星卫星、太阳黑子和月球环形山。 要点：①1609年 ②日心说 ③新的天文发现 时长：3分钟 1846年 海王星的发现 1 根据牛顿发现的 万有引力定律 2 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 3 用望远镜在预测的 位置发现这颗行星 4 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。 23 [过渡] 1846年，科学家依据万有引力定律猜想未知行星并计算轨道，随后在预测位置发现海王星。这一发现有力支持了万有引力定律。 要点：①1846年 ②预测位置 ③海王星 时长：3分钟 空间望远镜和射电天文望远镜 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。 更多观测仪器 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。 24 [过渡] 1990年，哈勃空间望远镜被送入太空。除光学天文望远镜外，人们还发明射电天文望远镜，使对宇宙的了解越来越深入。 要点：①1990年 ②哈勃空间望远镜 ③射电天文望远镜 时长：3分钟 我国的宇宙探索 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（图5.5-8）。 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。 图5.5-8 郭守敬望远镜 2009年 郭守敬望远镜建成 2011年 启动光谱巡天任务 2020年 中国天眼正式开放运行 25 [过渡] 我国古代和现代都在天文观测与宇宙探索中取得成果。注意2009年、2011年和2020年三个时间节点，以及郭守敬望远镜和中国天眼的成就。 要点：①郭守敬望远镜 ②光谱巡天 ③中国天眼 时长：4分钟 宇宙、银河系与太阳系 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（图5.5-9）。 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。 图5.5-9 巨大的银河系 26 [过渡] 宇宙拥有上千亿个星系，银河系只是其中一个。一束光穿越银河系需要约10万年，太阳只是银河系几千亿颗恒星中的一员。 要点：①上千亿个星系 ②约10万年 ③太阳系与八大行星 时长：4分钟 继续探索宇宙的奥秘 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。 制作望远镜 观察更远的世界 27 [过渡] 随着技术进步，更多大型望远镜和空间望远镜将提供更高分辨率和更广观测范围，帮助人类揭示更多宇宙奥秘。[停顿] 要点：①技术进步 ②更高分辨率 ③更广观测范围 时长：2分钟 $