5.5 跨學(xué)科實(shí)踐：制作望遠(yuǎn)鏡教學(xué)設(shè)計(jì)八年級物理上冊（人教版2024）

5.5跨學(xué)科實(shí)踐：制作望遠(yuǎn)鏡（教學(xué)設(shè)計(jì)）年級八年級授課時(shí)間課題5.5跨學(xué)科實(shí)踐：制作望遠(yuǎn)鏡教學(xué)目標(biāo)1.了解望遠(yuǎn)鏡的基本結(jié)構(gòu)和原理。2.經(jīng)歷制作簡單的望遠(yuǎn)鏡的過程。3.了解望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展歷程，體會(huì)科學(xué)技術(shù)對社會(huì)發(fā)展和生活的影響。教材分析學(xué)情分析根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和已有的生活經(jīng)驗(yàn)，對望遠(yuǎn)鏡有了解，但是對于望遠(yuǎn)鏡原理學(xué)生還很模糊，在理解上有些困難，特別是對二次成像理解起來有難度。為了克服本節(jié)學(xué)習(xí)障礙，能完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，須重視學(xué)生的動(dòng)手探究活動(dòng)。教學(xué)重點(diǎn)1.望遠(yuǎn)鏡的基本結(jié)構(gòu)和成像原理。2.會(huì)制作望遠(yuǎn)鏡模型。教學(xué)難點(diǎn)望遠(yuǎn)鏡的成像原理。教學(xué)器材望遠(yuǎn)鏡、不同焦距的凸透鏡兩個(gè)，制作望遠(yuǎn)鏡所需材料。多媒體ppt，包含視頻：《模擬望遠(yuǎn)鏡》、《望遠(yuǎn)鏡原理》、《自己動(dòng)手制作望遠(yuǎn)鏡》等。教學(xué)過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)導(dǎo)入新課【提問】科學(xué)家利用巨大的天文望遠(yuǎn)鏡接收來自遙遠(yuǎn)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。你能根據(jù)透鏡成像的知識(shí)，自己制作一個(gè)望遠(yuǎn)鏡嗎?或許你能用它作出新的發(fā)現(xiàn)呢!思考問題，進(jìn)入情景。學(xué)習(xí)新課一、制作望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡種類很多，其中一種是由兩組凸透鏡（開普勒望遠(yuǎn)鏡）組成。1.探究望遠(yuǎn)鏡的原理【實(shí)驗(yàn)器材】兩個(gè)焦距不同的凸透鏡?！緦?shí)驗(yàn)步驟】①先用一個(gè)凸透鏡（焦距大的）觀察窗外遠(yuǎn)處的物體，注意成像情況。②再用另一個(gè)凸透鏡（焦距小的）觀察上面得到的物體的像，注意成像情況。③將兩凸透鏡的位置對調(diào)，再觀察遠(yuǎn)處的物體，對比兩次成像的大小?！痉治稣撟C，歸納結(jié)論】①將焦距較大的透鏡放在焦距較小的透鏡前面，觀察物體，物體成倒立、放大的像，遠(yuǎn)處的物體看上去放大了。②將兩凸透鏡的位置對調(diào)，將焦距較小的透鏡放在焦距較大的透鏡前面，再觀察遠(yuǎn)處的物體，物體成倒立、縮小的像?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】——《模擬望遠(yuǎn)鏡》2.望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造【播放ppt進(jìn)行講解】望遠(yuǎn)鏡由兩組透鏡組成，每組透鏡相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡?？拷挥^察物體的凸透鏡，焦距比較長，叫物鏡?？拷劬Φ耐雇哥R，焦距比較短，叫做目鏡。望遠(yuǎn)鏡示意圖雙筒望遠(yuǎn)鏡我們見到的普通望遠(yuǎn)鏡和軍事望遠(yuǎn)鏡都是雙筒的，是雙筒望遠(yuǎn)鏡。它的兩個(gè)鏡筒都是拐了彎的，在拐彎處分別安裝了兩個(gè)“全反射棱鏡”。這種設(shè)計(jì)一方面縮短了鏡筒的長度，另一方面經(jīng)過那兩塊棱鏡的兩次反射也能使本來倒立的像正立過來。3.望遠(yuǎn)鏡的原理【邊畫光路圖邊講解】（1）物鏡與目鏡物鏡相當(dāng)于照相機(jī)的鏡頭，使遠(yuǎn)處的物體在焦點(diǎn)附近成倒立、縮小的實(shí)像。目鏡相當(dāng)于一個(gè)放大鏡，成正立、放大的虛像。兩次成像，先縮小，后放大。（2）望遠(yuǎn)鏡的成像光路圖注意：①目鏡把物鏡所成的像進(jìn)行放大。目鏡所成的像正倒和大小是相對于物鏡所成的像而言的。最后成像與物體本身比，是倒立、縮小的虛像。②物鏡和目鏡的距離等于兩個(gè)透鏡的焦距之和。（由于物體距望遠(yuǎn)鏡的距離很大，第一次成像在物鏡的焦點(diǎn)附近且無限靠近焦點(diǎn)，可以近似地認(rèn)為在焦點(diǎn)處，要使目鏡的放大倍數(shù)盡可能最大，則這個(gè)像要在目鏡的一倍焦距以內(nèi)且盡可能靠近焦點(diǎn)）。（3）視角【提出問題，引出視角的概念】物體距離物鏡很遠(yuǎn)，它的像卻離物鏡很近，這樣的像應(yīng)該是縮小的，為什么用望遠(yuǎn)鏡觀察物體時(shí)會(huì)感到像被放大了？原來，我們能不能看清一個(gè)物體，它對我們的眼睛所成“視角”的大小十分重要，視角越大，對物體觀察越清楚。①視角的概念從眼睛的中心向物體兩端所引的兩條直線的夾角。視角的大小不僅和物體本身的大小有關(guān)，還和物體到眼睛的距離有關(guān)。②望遠(yuǎn)鏡對視角的放大用望遠(yuǎn)鏡觀察物體時(shí)，望遠(yuǎn)鏡所成的像離我們的眼睛很近，增大了視角，因而通過望遠(yuǎn)鏡能清楚地看到遠(yuǎn)處的物體。望遠(yuǎn)鏡物鏡的直徑比我們眼睛的瞳孔大得多，這樣它可以會(huì)聚更多的光，使得所成的像更加明亮。這一點(diǎn)在觀測天空中的暗星時(shí)非常重要。現(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡都力求把物鏡的口徑加大，以便觀測到更暗的星。（4）望遠(yuǎn)鏡的放大倍率如圖所示，這樣的望遠(yuǎn)鏡（開普勒望遠(yuǎn)鏡）的放大倍率為n=f物/f目。其中，f物是物距的焦距，f目是目距的焦距。【播放視頻】——《開普勒望遠(yuǎn)鏡原理》4.設(shè)計(jì)簡易望遠(yuǎn)鏡（1）確定望遠(yuǎn)鏡的放大倍率自制的望遠(yuǎn)鏡可以采用單片的凸透鏡作為目鏡和物鏡。為了讓成像質(zhì)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(yuǎn)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(xué)知識(shí)測量凸透鏡的焦距，并根據(jù)放大倍數(shù)的要求，選擇適當(dāng)焦距的凸透鏡分別作為物鏡和目鏡。在選擇兩塊凸透鏡時(shí)，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，以便于制作直徑合適的鏡筒。由此，應(yīng)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(shè)計(jì)鏡筒在用望遠(yuǎn)鏡對不同遠(yuǎn)近的物體進(jìn)行觀察時(shí)，需要調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡間的距離。如圖所示，鏡筒可以設(shè)計(jì)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(shí)調(diào)節(jié)。觀察最遠(yuǎn)處的物體時(shí)，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(shí)，兩塊凸透鏡間的距離要稍大一些。5.制作及調(diào)試望遠(yuǎn)鏡（1）制作根據(jù)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20cm，直徑約為5cm；目鏡的焦距約為10cm，直徑約為4cm。想一想：對于上圖的制作方案，你有沒有辦法減小望遠(yuǎn)鏡兩個(gè)鏡筒間的縫隙?另外，還應(yīng)注意每段鏡筒的長度需合適，以便留出前后調(diào)節(jié)的空間。制作時(shí)，根據(jù)凸透鏡的焦距、直徑等數(shù)據(jù)，以及對鏡筒長度的要求，我們可以利用現(xiàn)成的圓筒狀物品（如裝羽毛球的筒），也可以通過截取適當(dāng)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(diào)整把目鏡鏡筒插入物鏡鏡筒內(nèi)，把目鏡放到眼前，通過望遠(yuǎn)鏡觀察遠(yuǎn)處的物體。在觀察時(shí)要通過對鏡筒長度的調(diào)節(jié)，改變物鏡與目鏡間的距離，直到在望遠(yuǎn)鏡中看到遠(yuǎn)處物體清晰的像為止?！疽曨l演示】——《自己動(dòng)手制作天文望遠(yuǎn)鏡》6.反思與拓展（1）通過望遠(yuǎn)鏡看到正立的像的方法這里制作的望遠(yuǎn)鏡使用了兩塊凸透鏡，觀察到的遠(yuǎn)處物體的像是倒立的，怎樣才能通過望遠(yuǎn)鏡看到正立的像呢?第一種方法：如圖所示，物鏡使用凸透鏡，目鏡使用凹透鏡，望遠(yuǎn)鏡所成的像就是正立的了（伽利略望遠(yuǎn)鏡）。第二種方法：是使用兩個(gè)相互平行的平面反射裝置把所成的像先上下顛倒一次，再左右顛倒一次。請你利用上面的方法改進(jìn)你制作的望遠(yuǎn)鏡，也可以針對你發(fā)現(xiàn)的望遠(yuǎn)鏡的其他問題，設(shè)計(jì)解決的辦法，讓你的望遠(yuǎn)鏡更加完善?！纠}1】“超級月亮”比正常時(shí)的月亮要大百分之二十，亮度也有所增加，某天文愛好者為了研究這一現(xiàn)象，于是架設(shè)一臺(tái)開普勒望遠(yuǎn)鏡做進(jìn)一步觀察。關(guān)于該望遠(yuǎn)鏡，下列說法正確的是（D）A．它的物鏡和目鏡都是凹透鏡B．它的物鏡相當(dāng)于投影儀，用來把物體放大C．物鏡的作用是使遠(yuǎn)處的物體在焦點(diǎn)附近成虛像D．它由兩個(gè)透鏡組成，靠近眼睛的為目鏡，靠近被觀測物體的為物鏡【詳解】A．望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡都是凸透鏡，故A錯(cuò)誤；B．望遠(yuǎn)鏡的物鏡相當(dāng)于照相機(jī)的鏡頭，使遠(yuǎn)處的物體成一個(gè)倒立縮小的實(shí)像，故B錯(cuò)誤；C．望遠(yuǎn)鏡的物鏡的作用是使得無限遠(yuǎn)處的物體在焦點(diǎn)附近成一個(gè)倒立縮小的實(shí)像，目鏡再把這個(gè)像放大，故C錯(cuò)誤；D．望遠(yuǎn)鏡由兩組凸透鏡組成，靠近眼鏡的為目鏡，靠近被觀測物體的為物鏡，故D正確。所以選D?！纠}2】如圖所示用兩只焦距不同的放大鏡一前一后放在眼前觀察遠(yuǎn)處的物體，下列說法中正確的是（C）A.兩只放大鏡對物體進(jìn)行了兩次放大B．兩只放大鏡組合在一起相當(dāng)于一臺(tái)顯微鏡C．兩只放大鏡組合在一起相當(dāng)于一架望遠(yuǎn)鏡D．【解析】因?yàn)槭强催h(yuǎn)處的物體，所以相當(dāng)于望遠(yuǎn)鏡，前面的透鏡成倒立、縮小的實(shí)像，相當(dāng)于照相機(jī)，后面的透鏡成正立、放大虛像，相當(dāng)于放大鏡。所以AB錯(cuò)誤；將兩只放大鏡的位置對換后所以選C。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，描述現(xiàn)象，歸納結(jié)論，知道望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)和原理。觀看視頻。了解模擬望遠(yuǎn)鏡的制作過程及原理。知道望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)。知道望遠(yuǎn)鏡的原理。根據(jù)光路圖理解成像原因。知道視角的概念。望遠(yuǎn)鏡對視角的放大。知道望遠(yuǎn)鏡的放大倍率。觀看視頻《開普勒望遠(yuǎn)鏡原理》。設(shè)計(jì)簡易望遠(yuǎn)鏡。會(huì)選擇適當(dāng)焦距的凸透鏡分別作為物鏡和目鏡。知道設(shè)計(jì)鏡筒的要求。進(jìn)行制作并進(jìn)行調(diào)試。知道通過望遠(yuǎn)鏡看到正立的像的方法，并嘗試制作。做例題，理解望遠(yuǎn)鏡的組成及原理。學(xué)習(xí)新課二、望遠(yuǎn)鏡與宇宙探索【引入】在人類歷史的早期，人們利用肉眼觀測天象。后來人們通過測量天體的運(yùn)動(dòng)、制定歷法，指導(dǎo)人們的生產(chǎn)生活。例如，戰(zhàn)國時(shí)期的文獻(xiàn)中記載：“斗柄東指，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。”這說明人們很早就發(fā)現(xiàn)了北斗七星一年中的周回運(yùn)轉(zhuǎn)在昭示四季、節(jié)氣變遷方面的重要作用?！局笇?dǎo)學(xué)生閱讀教材132～133頁】，了解本部分知識(shí)?！練w納講解】1.使用望遠(yuǎn)鏡探索宇宙的歷程（1）伽利略望遠(yuǎn)鏡意大利天文學(xué)家、物理學(xué)家伽利略是第一位把望遠(yuǎn)鏡指向天空的人。1609年伽利略用自制的望遠(yuǎn)鏡觀察天體，以確鑿的證據(jù)支持了哥白尼的“日心說”。第一個(gè)觀測到了木星的衛(wèi)星、太陽黑子和月球上的環(huán)形山。（2）“海王星”的發(fā)現(xiàn)1846年，科學(xué)家根據(jù)牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律，猜想天王星外還存在一顆未知的行星。不久，人們用望遠(yuǎn)鏡在預(yù)測的位置發(fā)現(xiàn)了這顆行星，它被命名為“海王星”。伽利略望遠(yuǎn)鏡哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（3）哈勃太空望遠(yuǎn)鏡為改進(jìn)對星體的觀察，1990年美國向太空發(fā)射了一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，叫哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，可以排除大氣層的干擾，使人類觀測宇宙的能力空前提高。（4）郭守敬望遠(yuǎn)鏡與“中國天眼”我國不僅古代在天文觀測上取得了豐碩的成果，在現(xiàn)代也對宇宙探索作出了很大貢獻(xiàn)。2009年，郭守敬望遠(yuǎn)鏡建成，并于2011年啟動(dòng)光譜巡天任務(wù)，成為世界上第一個(gè)獲取光譜數(shù)突破千萬量級的望遠(yuǎn)鏡。2020年，中國天眼正式開放運(yùn)行，它是目前全球單口徑最大、靈敏度最高的射電天文望遠(yuǎn)鏡。2.我們的宇宙宇宙是一個(gè)有層次的天體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。（1）宇宙：我們的宇宙中擁有上千億個(gè)星系；（2）銀河系：銀河系只是宇宙中上千億個(gè)星系中的一個(gè)。銀河系異常巨大，一束光穿越銀河系需要10萬年的時(shí)間。（3）太陽系：太陽不過是銀河系中幾千億顆恒星中的一員。太陽周圍有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星繞它運(yùn)行。此外，還有若干其他天體繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）地球：在離太陽比較近的第三條軌道上，是太陽系中的一顆行星。【例題4】下列各物體的尺度，按由大到小的順序排列正確的是（）A．地球、太陽、銀河系B．銀河系、太陽、地球C．銀河系、地球、太陽D．太陽、銀河系、地球【答案】B【解析】宇宙中擁有數(shù)十億個(gè)星系，銀河系只是這數(shù)十億個(gè)星系中的一個(gè)。銀河系異常巨大，太陽不過是銀河系中幾千億顆恒星中的一員．太陽周圍有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星繞它運(yùn)行，故B符合題意，ACD不符合題意．所以選B?！纠}5】收集人類建造天文望遠(yuǎn)鏡探索宇宙歷程的資料，自擬題目就你喜歡的相關(guān)問題寫一篇科學(xué)小短文。【參考答案】略。閱讀教材第132～133頁，了解人類使用望遠(yuǎn)鏡探索宇宙的歷程。知道望遠(yuǎn)鏡發(fā)展過程，望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明大大擴(kuò)展了人類觀測天空的視野。

知道宇宙是一個(gè)有層次的天體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，會(huì)排列宇宙、銀河系、太陽系的大小。做題并解析。課堂練習(xí)課堂練習(xí)1．望遠(yuǎn)鏡的原理是將遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過物鏡在焦點(diǎn)附近成一個(gè)像，落在目鏡的；再經(jīng)目鏡使這個(gè)像再成一個(gè)像。物鏡相當(dāng)于，目鏡相當(dāng)于?！敬鸢浮康沽⒖s小的實(shí)，焦點(diǎn)內(nèi)，正立放大的虛，照相機(jī)，放大鏡?！驹斀狻客h(yuǎn)鏡成像時(shí)相當(dāng)于照相機(jī)，將遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過物鏡在焦點(diǎn)附近成一個(gè)倒立縮小的實(shí)像。望遠(yuǎn)鏡的目鏡相當(dāng)于放大鏡，把物鏡所成的倒立縮小實(shí)像繼續(xù)放大，故實(shí)像應(yīng)該落在目鏡的焦點(diǎn)內(nèi)，成正立放大的虛像。2.如圖表示一種光學(xué)儀器的成像原理，這種儀器是（選填“望遠(yuǎn)鏡”或“顯微鏡”），目鏡的作用相當(dāng)于（選填“放大鏡”或“投影儀”）?！敬鸢浮客h(yuǎn)鏡，放大鏡?！驹斀狻坑蓤D可知，遠(yuǎn)處的物體先通過物鏡使物體成一倒立、縮小的實(shí)像，然后用目鏡把這個(gè)實(shí)像再放大成正立、放大的虛像，就能看清很遠(yuǎn)處的物體，這就是望遠(yuǎn)鏡的原理，目鏡相當(dāng)于一個(gè)放大鏡。3．如圖所示，該望遠(yuǎn)鏡的目鏡和物鏡是由兩組凸透鏡組成的，下列說法正確的是（）A．第一個(gè)用望遠(yuǎn)鏡觀測天體并進(jìn)行繪制的科學(xué)家是開普勒B．目鏡的作用相當(dāng)于投影儀C．遠(yuǎn)處景物通過物鏡成縮小的像D．①是物鏡，②是目鏡【答案】C.【解析】A．第一個(gè)用望遠(yuǎn)鏡觀測天體并進(jìn)行繪制的科學(xué)家是伽利略，故A錯(cuò)誤；B．目鏡的作用相當(dāng)于放大鏡，故B錯(cuò)誤；C．望遠(yuǎn)鏡的物鏡相當(dāng)于照相機(jī)的鏡頭，成倒立、縮小的實(shí)像，故C正確；D．靠近眼睛的是目鏡，離眼睛較遠(yuǎn)的是物鏡，故D錯(cuò)誤。故選C。4．用凸透鏡制作簡易望遠(yuǎn)鏡，對望遠(yuǎn)鏡工作原理分析，錯(cuò)誤的是（）A．望遠(yuǎn)鏡的目鏡成的是正立放大的虛像B．望遠(yuǎn)鏡的兩個(gè)透鏡，可以用老花鏡的鏡片來代替C．遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過物鏡成的像落在目鏡焦點(diǎn)以內(nèi)D．望遠(yuǎn)鏡的物鏡成的是倒立放大的實(shí)像【答案】D【詳解】ABC．望遠(yuǎn)鏡的物鏡與目鏡兩個(gè)透鏡都是凸透鏡，可以用老花鏡的鏡片來代替。遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過物鏡成的像落在目鏡焦點(diǎn)以內(nèi)，目鏡成的是正立放大的虛像，故ABC正確，不符合題意；D．望遠(yuǎn)鏡的物鏡成的是倒立縮小的實(shí)像，像在一倍焦距到兩倍焦距之間，故D錯(cuò)誤，符合題意。故選D。5.如圖所示，取兩個(gè)焦距不同的放大鏡，一只手握住一個(gè)，把焦距較長的放大鏡放在前面遠(yuǎn)離眼睛，焦距較短的放大鏡放在后面靠近眼睛，通過兩個(gè)放大鏡看前面的物體，調(diào)整兩個(gè)放大鏡間的距離，直到看得最清楚為止。物體是（選填“變大”或“變小”）；若接著把兩個(gè)放大鏡的位置前后對調(diào)，物體是（選填“變大”或“變小”）?！敬鸢浮孔兇?，變小?！驹斀狻客ㄟ^兩個(gè)焦距不同的放大鏡演示望遠(yuǎn)鏡成像原理，前面焦距大的凸透鏡相當(dāng)于望遠(yuǎn)鏡的物鏡，使遠(yuǎn)處的物體在焦點(diǎn)附近成倒立的實(shí)像，后面焦距小的凸透鏡相當(dāng)于望遠(yuǎn)鏡的目鏡，用來把這個(gè)實(shí)像放大，所以我們看到了物體倒立、放大的像。望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)等于物鏡焦距除以目鏡焦距；若望遠(yuǎn)鏡的兩個(gè)凸透鏡位置顛倒，焦距小的作為物鏡，焦距大的作為目鏡，則放大倍數(shù)小于1，成縮小的像。6.市面上有許多很便宜的玩具望遠(yuǎn)鏡，幾個(gè)同學(xué)合買了一個(gè)回來進(jìn)行探究：先將目鏡放在眼睛前面觀察前面的景物，然后將望遠(yuǎn)鏡掉個(gè)頭，將物鏡放