5.5 跨学科实践：制作望远镜 课件-2026-2027学年物理人教版八年级上册

该初中物理课件围绕望远镜的构造、原理及制作展开，从学生生活经验（见过或使用过望远镜）导入，结合前期透镜知识，通过实验探究搭建学习支架，帮助学生理解物镜和目镜的作用及成像规律。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过实验操作（用不同焦距凸透镜观察成像）、视频演示（《模拟望远镜》等）引导实践，结合视角概念推导最佳成像距离培养模型建构能力。融入伽利略望远镜、中国天眼等科技史渗透科学态度与责任，课堂小结系统梳理原理与制作步骤，既激发学生探究兴趣，又便于教师高效教学。

大家平时见到过或者使用过望远镜吗？通过前面学习的知识，这一节带大家了解望远镜的构造成像原理。 新课导入 第五章 透镜及其应用 第5节 跨学科实践：制作望远镜 1.了解望远镜的构造及原理。 2. 制作一个望远镜。 3. 确定望远镜物镜和目镜之间的最佳成像距离。 学习目标 望远镜的基本原理 01 4 一、制作望远镜 （一）望远镜的基本原理 1. 探究望远镜的原理 【实验器材】两个焦距不同的凸透镜。 【实验步骤】 ①先用一个凸透镜(焦距大的)观察窗外远处的物体，注意成像情况. ②再用另一个凸透镜(焦距小的)观察上面得到的物体的像，注意成像情况. ③将两凸透镜的位置对调，再观察远处的物体，对比两次成像的大小. 一、制作望远镜 （一）望远镜的基本原理 分析论证，归纳结论 ①将焦距较大的透镜放在焦距较小的透镜前面，观察物体，物体成倒立、放大的像，远处的物体看上去放大了（图甲）。 ②将两凸透镜的位置对调，将焦距较小的透镜放在焦距较大的透镜前面，再观察远处的物体，物体成倒立、缩小的像，（图乙）。 一、制作望远镜 （一）望远镜的基本原理 演示实验视频——《模拟望远镜》 一、制作望远镜 （一）望远镜的基本原理 2. 望远镜的构造 望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个凸透镜。靠近被观察物体的凸透镜，焦距比较长，叫物镜。靠近眼睛的凸透镜，焦距比较短，叫做目镜。 3. 望远镜的原理 （1）物镜与目镜 物镜相当于照相机的镜头，使远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像。目镜相当于一个放大镜，成正立、放大的虚像。两次成像，先缩小，后放大。 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。 一、制作望远镜 （一）望远镜的基本原理 （2）望远镜的成像光路图 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 远处物体射来的光 一、制作望远镜 （一）望远镜的基本原理 （3）视角 物体距离物镜很远，它的像却离物镜很近，这样的像应该是缩小的，为什么用望远镜观察物体时会感到像被放大了？ ①视角的概念 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，视角越大，对物体观察越清楚。 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。 一、制作望远镜 （一）望远镜的基本原理 ②望远镜对视角的放大 用望远镜观察物体时，望远镜所成的像离我们的眼睛很近，增大了视角，因而通过望远镜能清楚地看到远处的物体。 （4）望远镜的放大倍率 如图所示，这样的望远镜（开普勒望远镜）的放大倍率为 n=f物/f目。其中，f物是物距的焦距，f目是目距的焦距。 一、制作望远镜 （一）望远镜的基本原理 视频讲解——《开普勒望远镜原理》 望远镜的简易设计 02 13 为了让成像质量好一些，其放大倍数不过大，取放大倍数为2至3倍即可。 如果要制作一个望远镜，应该选择什么样的凸透镜做物镜，什么样的凸透镜做目镜？ 1.确定望远镜倍率 望远镜的 放大倍数 = —————— f物 f目 2.选择物镜和目镜 （1）焦距：根据放大倍数，选择焦距合适的两块凸透镜。 （2）直径：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。 假设物体距离物镜很远，请根据凸透镜成像特点，推理并论证成像的最佳距离。 最佳成像间距约等于物镜焦距与目镜焦距之和，即f物+f目。 活动3：确定最佳成像距离 通过两个凸透镜组合使用，两次成像，可以使我们看清楚远处的物体。通过光具座可以实现共轴调节。相较于手持望远镜，还有哪些不足之处？ 实验步骤：①如图所示组装实验器材，调节光源、两个不同 焦距的凸透镜，使三者中心位于同一水平高度； 实验步骤：②将F型光源放在 98 cm刻度线处，物镜（f =10 cm）放在20cm刻度线处，前后调节目镜（f =5cm）直至透过凸透镜看到F型光源最大、最清晰的像。记录物镜与目镜之间最佳成像距离。 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。 镜筒可以设计成两段，让物镜的镜简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，两块凸透镜闼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。 望远镜的制作及调试 03 21 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：对于图甲的制作方案，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。 （三）制作及调试望远镜 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。 甲 丙 （三）制作及调试望远镜 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。 （三）制作及调试望远镜 1. 通过望远镜看到正立的像的方法 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? （1）第一种方法：如图所示，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（伽利略望远镜）。 （四）反思与拓展 （2）第二种方法：是使用两个相互平行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。 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。 （四）反思与拓展 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。 1. 使用望远镜探索宇宙的历程 （1）伽利略望远镜 意大利天文学家、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”。第一个观测到了木星的卫星、太阳黑子和月球上的环形山。 （2）“海王星”的发现 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，并计算出了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。 （3）哈勃空间望远镜 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。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）郭守敬望远镜与中国天眼 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. 我们的宇宙 宇宙是一个有层次的天体结构系统。 （1）宇宙 我们的宇宙中拥有上千亿个星系； （2）银河系 银河系只是宇宙中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10万年的时间。 （3）太阳系 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。 （4）地球 地球在离太阳比较近的第三条轨道上，是太阳系中的一颗普通行星。 课堂小练 04 31 制作望远镜 目镜成像： 物镜成像： 设计望远镜 倒立、缩小、实像 正立、放大、虚像 项目分析 了解望远镜（双凸透镜式）的基本原理 调试及制作望远镜 展示交流 u＞2f， u＜f， 视角 原理 课堂小结 32 1.探究宇宙的奥秘，一直是人类孜孜不倦的追求。下列关于宇宙及星体运动的说法正确的是(　　) A.地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动 B.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动 C.地球是绕太阳运动的一颗行星 D.“日心说”是正确的，“地心说”是错误的 C 2.望远镜的原理是将远处的物体经过物镜在焦点附近成一个___________ ___像，落在目镜的　　 　；再经目镜使这个像再成一个_____________像。物镜相当于　　　　，目镜相当于　　　　。  倒立缩小的 实 焦点内 正立放大的虚 照相机 放大镜 解析　望远镜的物镜相当于照相机，来自远处物体的光经过物镜成倒立、缩小的实像，这个像在物镜焦点外，接近物镜焦点，同时由于这个像也在目镜的焦距内，接近目镜的焦点，目镜对物镜所成的像起到一个放大的作用，故物镜和目镜之间的距离等于物镜焦距和目镜焦距之和，所以此时物镜和目镜之间的距离约为20 cm+5 cm=25 cm。 4.(2024·邢台南宫市月考)如图所示，小明找到两个焦距不同的放大镜模拟望远镜观察远处的物体，其中较远的放大镜使远处物体在焦点附近成　　　(选填“虚像”或“实像”)，较近的放大镜的作用是将该像　　　(选填“放大”或“缩小”)。  实像 放大 解析　望远镜是由两组凸透镜组成，观察远处的物体时，物距大于2倍焦距，较远的放大镜相当于物镜，成倒立、缩小的实像；这个倒立、缩小的实像正好落在较近的放大镜(相当于目镜)焦距内的位置，这个实像经过目镜后成一个正立、放大的虚像。 5.小明同学为了探究物体对眼睛视角大小的影响因素，观察不同高度的树木且不断地改变眼睛与树木的距离，如图所示，他得到数据如表所示。 物体的高度h/m 4 2 1 距物体的距离s/m 8 6 4 2 8 6 4 2 8 6 4 2 视角α/度 28 36.8 53.1 90 14.2 19 28 53 5.5 9.5 14.2 28 分析表格中数据可得出结论： (1)在观察相同高度的物体时，视角的大小与__________ _______有关，　　　越远，视角越　　。  (2)观察者的眼睛与物体距离不变时，视角的大小与　 　有关，_____越大，视角越　 。  距物体的 距离 距离 小 物体的高度 高度 大 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 $