第5節(jié)跨學科實踐：制作望遠鏡（導學案）【學習目標】1.理解望遠鏡的光學原理，包括凸透鏡成像規(guī)律，能從物理角度解釋望遠鏡如何實現(xiàn)對遠處物體的觀察。（物理觀念）2.運用科學推理和分析能力，設(shè)計合理的望遠鏡制作方案，優(yōu)化望遠鏡的結(jié)構(gòu)和性能，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決實際問題的能力。（科學思維）3.通過自主探究和小組合作，完成望遠鏡的制作過程，學會收集、分析和處理實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)制作過程中的經(jīng)驗和教訓，提升科學探究能力。（科學探究）4.在制作望遠鏡的過程中，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和勇于嘗試的精神，增強對科學技術(shù)的興趣和熱愛，樹立正確的科學價值觀，認識到科學技術(shù)對人類生活的重要影響。（科學態(tài)度與責任）【學習重點】1.望遠鏡的基本構(gòu)造和成像原理。2.簡易望遠鏡的制作方法?！緦W習難點】1.理解“視角”與“像的大小”的關(guān)系。2.制作過程中鏡片間距的調(diào)整，需等于物鏡與目鏡焦距之和。【自主預習】閱讀教材P130~135《第5節(jié)跨學科實踐：制作望遠鏡》，完成以下問題：1.望遠鏡的物鏡相當于照相機，目鏡相當于放大鏡。遠處的物體經(jīng)過物鏡在焦點附近成倒立、縮小的實像，該像又經(jīng)過目鏡成正立、放大、虛像，使視角可以變很大。2.物體的兩端到人眼處所夾的角叫視角。用望遠鏡觀察物體時，望遠鏡所成的像離我們的眼睛很近,增大了視角，因而通過望遠鏡能清楚地看到遠處的物體。3.自制望遠鏡時，根據(jù)放大倍數(shù)的要求，選擇適當焦距的凸透鏡分別作為物鏡和目鏡。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。4.我們的宇宙有上千億個星系，太陽是銀河系中幾千億顆恒星中的一員;地球在離太陽比較近的第三條軌道上，地球是太陽系中的一顆行星?！咎骄啃轮宽椖刻岢?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(jù)透鏡成像的知識，你也可以自己制作一個如右圖所示的望遠鏡?；蛟S你能用它獲得新的發(fā)現(xiàn)呢！項目分析1.鏡片的選擇可以使用家里的放大鏡鏡片或老花鏡鏡片并通過平行光測焦距法測出它們的焦距。另外，還可以網(wǎng)購凸透鏡片，購買時根據(jù)方案選擇合適焦距的鏡片。由于物鏡用來會聚遠處傳來的光，進入物鏡的光越多，成像越清晰因此物鏡應選擇直徑較大的凸透鏡。2.望遠鏡的放大倍率簡易望遠鏡使用單片凸透鏡作為目鏡和物鏡.選擇焦距較大的凸透鏡作為物鏡,焦距較小的凸透鏡作為目鏡,望遠鏡的放大倍率可以通過公式n=f物3.設(shè)計鏡筒可以選擇較硬的紙張卷成長筒狀作為鏡筒或使用能找到的圓紙筒、PVC管等制作鏡簡.鏡簡的長度：觀察遠處景物時,望遠鏡鏡筒的長度約等于物鏡焦距和目鏡焦距之和；而觀察近處景物時，鏡筒的長度略大于物鏡焦距和目鏡焦距之和。項目分析探究一：望遠鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理1.望遠鏡的作用：觀察遠方的物體2.構(gòu)造以開普勒望遠鏡為例，如右圖所示。望遠鏡由兩組透鏡組成，每組透鏡相當于一個凸透鏡，靠近眼睛的叫作目鏡，靠近被觀測物體的叫作物鏡。3.望遠鏡的工作原理4.放大倍率如下圖所示，此望遠鏡的放大倍率為物鏡的焦距與目鏡的焦距之比，即：放大倍率=5.視角（1）概念:視角是從物體兩端(上、下或左右)向人眼所引兩條直線間的夾角，如圖所示.（2）影響視角大小的因素:①物體的大??；②物體與人眼的距離?！镜淅?】如圖甲所示是福建的天文愛好者顏明哲通過純手工打磨鏡片自制的望遠鏡，該望遠鏡不僅可以看到8億公里外的木星，甚至能清晰地看到木星表面的斑紋，圖乙是該望遠鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)及光路示意圖。下列關(guān)于該自制望遠鏡的說法正確的是（）

A．顏明哲通過純手工磨制的鏡片是凹透鏡B．看到8億公里外的木星只利用了光沿直線傳播C．清晰看到木星表面的斑紋時物鏡的成像原理與照相機相同D．木星到物鏡的距離u滿足f<u<2f（f為物鏡的焦距）【答案】C【詳解】A．望遠鏡的目鏡和物鏡都是由凸透鏡組成，所以顏明哲通過純手工磨制的鏡片是凸透鏡，故A錯誤；B．光線通過望遠鏡的凸透鏡，發(fā)生了折射，故B錯誤；CD．望遠鏡的目鏡相當于放大鏡，成正立的放大的虛像，物鏡相當于照相機，木星到物鏡的距離u滿足u>2f，成倒立縮小的實像，故C正確，D錯誤。故選C。項目實施探究二、設(shè)計簡易的望遠鏡1.確定望遠鏡的放大倍率思考問題：放大倍數(shù)越大越好嗎？為什么？不是，倍率越大，物體表面亮度越差；視野晃得厲害，很難穩(wěn)定的看東西。自制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(zhì)量好一些，放大倍率不宜過大，取放大倍率2~3倍即可。2.選擇物鏡和目鏡思考問題：（1）為什么物鏡直徑要比目鏡直徑大一些?（2）為什么以焦距較大的為物鏡、焦距較小的為目鏡呢?提示：（1）選擇物鏡直徑要比目鏡直徑大一些，直徑大的物鏡集光力越強，分辨率越高。（2）物鏡焦距越大，目鏡焦距越小，放大倍數(shù)就越大。3.設(shè)計鏡筒（1）計算望遠鏡伸縮長度的尺寸，鏡筒最長伸長為f物＋f目，觀察較近處物體時,兩塊凸透鏡間的距離要稍大些。（2）用望遠鏡對不同遠近的物體進行觀察時，需要調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡之間的距離。注意：兩塊凸透鏡間的距離約等于兩塊凸透鏡之間焦距的和。探究三、制作和調(diào)試望遠鏡1.制作望遠鏡根據(jù)所選凸透鏡的焦距和直徑制作鏡筒。例如，可以選用如圖5.5-5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：對于圖5.5-4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(diào)節(jié)的空間。制作時，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，通過望遠鏡觀察遠處的物體。在觀察時要通過對鏡筒長度的調(diào)節(jié)，改變物鏡與目鏡間的距離，直到在望遠鏡中看到遠處物體清晰的像為止?！镜淅?】（多選）小樂同學準備制作一個簡易單筒望遠鏡，來觀看校園內(nèi)遠處的美麗的景物。關(guān)于簡易望遠鏡的制作，下列說法中正確的是（）A．應選擇直徑較大、焦距較大的凸透鏡作為物鏡B．遠處的景物通過望遠鏡的物鏡所成的是放大、倒立的實像、C．若把物鏡和目鏡的位置互換，仍能看到遠處的景物D．觀察室外較近處景物時，目鏡的鏡筒要稍微向后拉以便看到清晰的像【答案】AD【詳解】A．簡易單筒望遠鏡看作是由兩個透鏡組成的，靠近人眼的透鏡叫作目鏡，靠近被觀察物體的透鏡叫作物鏡，目鏡的焦距較短，物鏡的焦距較長。故A正確；B．觀看遠處的景物時，物體發(fā)出的光經(jīng)物鏡折射后成縮小、倒立的實像，故B錯誤；C．若把物鏡和目鏡的位置互換，不能看到遠處的景物，故C錯誤；D．觀察室外較近處景物時，物近像遠像變大，視角增大，目鏡的鏡筒要稍微向后拉以便看到清晰的像，故D正確。故選AD?！咎剿饔钪妗?.使用望遠鏡探索宇宙的歷程(1)意大利物理學家伽利略是第一位把望遠鏡指向天空的人。1609年,伽利略用自制的望遠鏡觀察天體,以確鑿的證據(jù)支持了哥白尼的“日心說”。他還是第一個觀察到了木星的衛(wèi)星、太陽黑子和月球上的環(huán)形山的人。(2)1846年,科學家用望遠鏡觀測到海王星,海王星的發(fā)現(xiàn)為萬有引力定律提供了有力的支持。(3)1990年,科學家把哈勃空間望遠鏡送人太空,使人類觀測宇宙的能力空前提高。(4)目前,人類用射電望遠鏡已能觀測到約130億光年處的宇宙空間情況。2.我們的宇宙宇宙是一個有層次的天體機構(gòu)系統(tǒng)【課堂總結(jié)】【課堂練習】1．小婷翻閱資料和詢問老師了解到望遠鏡原理，制作了簡易望遠鏡，在跨學科實踐：制作望遠鏡課上，小婷制作的望遠鏡受到老師和同學們的一致好評，那么小婷不是根據(jù)以下哪個知識點制作出的望遠鏡（

）A．它的物鏡和投影儀的原理相同B．它的物鏡的作用是使遠處的物體在焦點附近成實像C．它的目鏡和放大鏡的原理相同D．它的目鏡焦距要小于物鏡焦距【答案】A【詳解】望遠鏡是由兩組透鏡組成，靠近眼睛的叫目鏡，靠近被測物體的叫物鏡；物鏡的作用是使物體在焦點附近成倒立、縮小的實像正好落在目鏡焦距內(nèi)的位置，目鏡的作用相當于一個放大鏡，這個實像經(jīng)過目鏡成一個正立、放大的虛像。A．物鏡的作用是成倒立、縮小的實像，與照相機原理相同，與投影儀原理不同，故A符合題意；B．物鏡的作用是成倒立、縮小的實像，使兩倍焦距以外的物體，成像在一倍焦距和兩倍焦距之間，即遠處的物體在焦點附近成實像，故B不符合題意；C．目鏡的作用相當于一個放大鏡，與放大鏡原理相同，故C不符合題意；D．望遠鏡的目鏡相當于放大鏡，物鏡成的像在物鏡一倍焦距附近，這個像在目鏡在一倍焦距以內(nèi)，經(jīng)過目鏡成一個正立、放大的虛像，所以目鏡焦距要小于物鏡焦距，故D不符合題意。故選A。2．“天問一號”火星探測器到達火星，標志著我國在太空探測領(lǐng)域更進一步，為人類探索浩瀚宇宙作出了中國貢獻。下列空間尺度最小的是（）A．空間站 B．銀河系 C．太陽系 D．火星【答案】A【詳解】宏觀的宇宙大于宏觀的銀河系，宏觀的銀河系大于宏觀的太陽系，火星是太陽系里的一個組成部分，空間站比火星小得多，故尺度最小的是空間站。故選A。3．如圖所示是同學們自制的望遠鏡結(jié)構(gòu)圖，關(guān)于設(shè)計簡易望遠鏡，下列說法合理的是（）A．目鏡的焦距比較長，物鏡的焦距比較短B．目鏡的直徑應大一些，物鏡的直徑要小一些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．目鏡焦距和物鏡焦距的比值越大成像質(zhì)量越好【答案】C【詳解】ABD．望遠鏡由兩組凸透鏡組成，為了提高放大倍數(shù)、優(yōu)化光學性能以及便于制造和維護，一般物鏡的焦距比較長，直徑要大一些，目鏡的焦距比較短，直徑小一些，且物鏡焦距和目鏡焦距的比值越大成像質(zhì)量越好，故ABD不符合題意；C．使用望遠鏡觀察最遠處的物體時，被觀測物體到物鏡的距離遠大于物鏡的二倍焦距，根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律可知遠處的物體在焦點附近（像距大于一倍焦距）成倒立，縮小的實像；目鏡相當于放大鏡，為了提高放大倍數(shù)，物鏡成的像在目鏡的一倍焦距以內(nèi)但靠近焦點，所以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，故C符合題意。故選C。4．關(guān)于如圖所示的望遠鏡，下列說法正確的是（

）A．靠近眼睛的鏡片為物鏡，靠近被觀測物體的鏡片為目鏡B．它的物鏡和目鏡都是凹透鏡C．它的物鏡相當于照相機D．它的物鏡成倒立放大的實像【答案】C【詳解】A．靠近眼睛的鏡片為目鏡，靠近被觀測物體的鏡片為物鏡，故A錯誤；B．它的物鏡和目鏡都是凸透鏡，利用凸透鏡成像原理來工作，故B錯誤；C．望遠鏡看遠處物體時，物體到物鏡的距離遠大于它的二倍焦距，它的物鏡相當于照相機，故C正確；D．它的物鏡相當于照相機，成倒立、縮小的實像，故D錯誤。故選C。5．為了觀察太陽系內(nèi)的各種行星，同學們在老師的指導下制作了開普勒望遠鏡，小濱制作的望遠鏡原理如圖，該望遠鏡由兩個凸透鏡組成，物體經(jīng)過兩次折射成像。其中物鏡和目鏡的焦距分別為f物?A．生活中與圖中目鏡工作原理相同的工具是投影儀B．生活中與圖中物鏡工作原理相同的工具是放大鏡C．望遠鏡的放大倍率為目鏡的焦距與物鏡焦距之比D．用望遠鏡看到的月亮比直接用肉眼看到的月亮大【答案】D【詳解】A．望遠鏡目鏡相當于放大鏡成整理放大的虛像，故生活中與圖中目鏡工作原理相同的工具是放大鏡，故A錯誤；B．望遠鏡物鏡相當于照相機，物鏡成倒立縮小的實像，故生活中與圖中物鏡工作原理相同的工具是照相機，故B錯誤；C．望遠鏡的放大倍率是物鏡焦距與目鏡焦距之比，故C錯誤；D．望遠鏡物鏡相當于照相機，物鏡成倒立縮小的實像，目鏡相當于放大鏡成整理放大的虛像，放大的倍數(shù)大于縮小的倍數(shù)，故用望遠鏡看到的月亮比直接用肉眼看到的月亮大，故D正確故選D。6．小金購買了一個天文望遠鏡，他拆解后發(fā)現(xiàn)，天文望遠鏡的目鏡和物鏡都是凸透鏡，查閱資料，找到原理圖，如圖所示。若物鏡的焦距為f1，目鏡的焦距為f2，物鏡所起的作用相當于是一個（選填“照相機”“投影儀”或“放大鏡”），物鏡成