資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
課題 第五章 透鏡及其應用
5.5 跨學科實踐：制作望遠鏡
教學目標
1.物理觀念
（1） 望遠鏡的構造和成像原理。
（2）了解人類探索宇宙的過程。
（3）了解“中國天眼”在人類探索宇宙中的作用及我國科學家建設“中國天眼”過程中的卓越貢獻。
2.科學思維
應用凸透鏡成像規律，用不同的透鏡觀察遠處的物體。
3.科學實驗
通過自制望遠鏡，感受物理應用于實際的樂趣。
4.科學態度與責任
（1） 具有對科學的求知欲，樂于探索自然現象和日常生活中的物理道理。
（2）初步建立將科學技術應用于實際的意識。
教學重點
應用透鏡的性質制作望遠鏡
教學難點
用透鏡制作成望遠鏡
教學方法
實驗法和講授法
教學用具
焦距和大小不同的凸透鏡、硬紙板可卷成筒狀、剪刀、膠帶、刻刀
教學課時 1課時
教學互動設計
一、創設情景、導入新課
2016年9月25日，世界最大單口徑射電望遠鏡（FAST）在我國貴州省正式投入使用，被稱為“中國天眼”。
FAST工程——500米口徑球面射電望遠鏡在貴州省平塘縣的喀斯特洼坑中落成啟用，開始接收來自宇宙深處的電磁波。使得中國在這一領域的發展先進了30年。
2024年9月25日，“中國天眼”迎來了8周歲“生日”。“中國天眼”幫助人類探索宇宙的起源、演化及其結構，為理解宇宙中的前沿科學問題提供了重要的觀測數據，也為國際科學界交流與合作搭建了重要平臺。
南仁東（1945年2月-2017年9月15日），出生于吉林遼源，畢業于清華大學，中國天文學家，“中國天眼”的主要發起者和奠基人，“人民科學家”國家榮譽稱號獲得者。
南仁東曾任FAST工程首席科學家兼總工程師，主要研究領域為射電天體物理和射電天文技術與方法，曾獲全國創新爭先獎、改革先鋒稱號、改革先鋒獎章。2017年9月15日因病逝世，享年72歲。
項目提出
科學家利用巨大的天文望遠鏡接收來自遙遠星系的信息。通過分析這些信息，人們對宇宙了解得越來越深入了。根據透鏡成像的知識，你也可以自己制作一個如圖所示的望遠鏡。或許你能用它獲得新的發現呢！
二、新課講授、師生互動
（一） 項目提出
根據透鏡成像的知識，你也可以自己制作一個如圖所示的望遠鏡。或許你能用它獲得新的發現呢！
（二）項目分析
要自己制作望遠鏡，你需要完成以下任務。
1. 了解望遠鏡的基本原理。
2. 設計一個望遠鏡，能夠用它觀察校園內遠處的物體。
3. 根據你的設計方案，選用合適的器材，制作一個望遠鏡并進行調試。
（三）項目實施
1. 了解望遠鏡的基本原理
望遠鏡有不同的類型，其中有一種望遠鏡是由兩組凸透鏡組成的。靠近眼睛的叫作目鏡，靠近被觀測物體的叫作物鏡（如圖所示）。
物鏡的作用是使遠處的物體在焦點附近成實像，目鏡的作用相當于一個放大鏡，用來把這個像放大。
物鏡成像原理：物距大于2倍焦距，通過凸透鏡成倒立縮小的實像，像距在1倍焦距與2倍焦距之間。
目鏡成像原理：物距小于1倍焦距，通過凸透鏡成正立放大的虛像。
細心的同學可能會有疑問：物體距離物鏡很遠，它的像卻離物鏡很近，根據前面探究的結果，這樣所成的像是縮小的，為什么使用望遠鏡觀察物體時會感到物體被放大了呢？
原來，我們能不能看清一個物體，它對我們的眼睛所成“視角”（如圖所示）的大小十分重要。視角的大小不僅和物體本身的大小有關，還和物體到眼睛的距離有關。
望遠鏡的物鏡所成的像雖然比原來的物體小，但它離我們的眼睛很近，再加上目鏡的放大作用，視角就可以變得很大。
進一步的分析表明，像如圖所示這樣的望遠鏡的放大倍率為物鏡的焦距與目鏡的焦距之比。
2. 設計簡易望遠鏡
（1）確定望遠鏡的放大倍率
自制的望遠鏡可以采用單片的凸透鏡作為目鏡和物鏡。為了讓成像質量好一些，其放大倍率不宜過大，取放大倍率為2~3倍即可。
（2）選擇物鏡和目鏡
望遠鏡的物鏡和目鏡可以選擇老人閱讀用放大鏡的鏡片，也可以使用老花鏡的鏡片，還可以直接購買凸透鏡。利用本章所學知識測量凸透鏡的焦距，并根據放大倍率的要求，選擇適當焦距的凸透鏡分別作為物鏡和目鏡。
在選擇兩塊凸透鏡時，除了需要滿足焦距的要求，物鏡的直徑還要比目鏡的直徑大一些。測量凸透鏡的直徑，以便制作直徑合適的鏡筒。
由此，應選擇焦距較長、直徑較大的凸透鏡作為物鏡，焦距較短、直徑較小的凸透鏡作為目鏡。
（3）設計鏡筒
在用望遠鏡對不同遠近的物體進行觀察時，需要調節兩塊凸透鏡間的距離。如圖所示，鏡筒可以設計成兩段，讓物鏡的鏡筒較目鏡的鏡筒粗一些，這樣套在一起，便于在使用時調節。觀察最遠處的物體時，兩塊凸透鏡間的距離約等于兩塊凸透鏡的焦距之和；觀察較近處的物體時，兩塊凸透鏡間的距離要稍大一些。
3. 制作及調試望遠鏡
（1）制作
根據所選凸透鏡的焦距和直徑制作鏡筒。例如，可以選用如圖所示的兩塊凸透鏡。其中，物鏡的焦距約為20 cm，直徑約為5 cm ；目鏡的焦距約為10 cm，直徑約為4 cm。
想一想：對于結構圖的制作方案，你有沒有辦法減小望遠鏡兩個鏡筒間的縫隙？另外，還應注意每段鏡筒的長度需合適，以便留出前后調節的空間。
制作時，根據凸透鏡的焦距、直徑等數據，以及對鏡筒長度的要求，我們可以利用現成的圓筒狀物品（如裝羽毛球的筒），也可以通過截取適當尺寸的長方形紙板（如瓦楞紙板或其他材料），并把它卷起來制成鏡筒。
此外，還要考慮如何把物鏡和目鏡方便地固定在鏡筒上。
（2）試用與調整
把目鏡鏡筒插入物鏡鏡筒內，把目鏡放到眼前，通過望遠鏡觀察遠處的物體。在觀察時要通過對鏡筒長度的調節，改變物鏡與目鏡間的距離，直到在望遠鏡中看到遠處物體清晰的像為止。
（四） 展示交流
向其他同學展示你的成果，介紹你的制作方案，分享你的收獲。例如，在制作望遠鏡的過程中，你發現了哪些問題？你是如何改進的？還要傾聽其他同學的講解，看看對你有什么啟發。同學之間相互評價，比一比誰的望遠鏡更完善。
1.用1個長焦距凸透鏡充當物鏡，另1個短焦距凸透鏡充當目鏡，形成倒立像。
2.特點:鏡筒長，不便于攜帶，視野大，一般用于天文望遠鏡。
1.用1個凸透鏡充當物鏡，1個凹透鏡充當目鏡，形成正立像。
2.特點:鏡筒短，便于攜帶，視野小。
三、課堂小結、鞏固提升
1. 天文望遠鏡。物鏡是凸透鏡：使遠處的物體在焦點附近成實像；目鏡：靠近眼睛，作用相當于放大鏡。其工作原理是 ：
物鏡：u＞2 ,成倒立、縮小的實像
目鏡：u＜ ,成正立、放大的虛像
2.探索宇宙。伽利略是第一位把望遠鏡指向天空的物理學家。我們宇宙擁有上千億個星系。中國天眼是世界上最大的射電望遠鏡。
四、板書設計、理清要點
1. 天文望遠鏡。物鏡是凸透鏡：使遠處的物體在焦點附近成實像；目鏡：靠近眼睛，作用相當于放大鏡。其工作原理是 ：
物鏡：u＞2 ,成倒立、縮小的實像
目鏡：u＜ ,成正立、放大的虛像
2.探索宇宙。伽利略是第一位把望遠鏡指向天空的物理學家。我們宇宙擁有上千億個星系。
中國天眼是世界上最大的射電望遠鏡。
五、達標練習、反饋矯正
1．下列說法正確的是（ ）
A.科學家利用巨大的天文望遠鏡接收來自遙遠星系的信息。
B. 用望遠鏡觀察的遙遠星系是放大的像
C. 靠近被觀察的物體的透鏡為目鏡
D. 靠近眼睛的透鏡為物鏡
2． 關于望遠鏡說法正確的是（ ）
A. 望遠鏡的目鏡一定是凸透鏡
B. 望遠鏡的物鏡一定是凸透鏡
C. 望遠鏡的物鏡的工作原理是物距小于焦距，凸透鏡成正立、放大的像
D. 望遠鏡的目鏡的工作原理是物距大于2倍焦距，凸透鏡成倒立、縮小的實像
3． 下列說法不正確的是（ ）
A.我們能不能看清物體，所觀察的物體對我們的眼睛所成的“視角”的大小十分重要
B.望遠鏡的物鏡所成的像雖然比原來的物體小，但它離我們的眼睛很近，視角變得很小
C.望遠鏡的物鏡的直徑比我們眼睛的瞳孔大得多，它可以會聚更多的光，所成像更明亮
D.視角的大小不僅和物體本身的大小有關，還和物體到眼睛的距離有關
4． 自制望遠鏡時，說法不正確的是（ ）
A.應選擇焦距較長、直徑較大的凸透鏡作為物
鏡
B.選擇焦距較短、直徑較小的凸透鏡作為目鏡
C.觀察最遠處的物體時，兩塊凸透鏡間的距離約等于兩塊凸透鏡的焦距之和
D.觀察較近處的物體時，兩塊凸透鏡間的距離要稍小一些。
5． 第一個把望遠鏡指向天空的物理學家是（ ）
A.伽利略
B.牛頓
C.哥白尼
D.開普勒
參考答案：1.A；2.B；3.B；4.D；5.A 。
六、布置作業
課外作業 完善自制的望遠鏡
閱讀P134-135科學世界 望遠鏡與宇宙探索
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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