PAGEPAGE6《跨學科實踐：制作望遠鏡》教案課堂互動探究鞏固復習教師引導學生復習上一節(jié)內(nèi)容，并講解布置的作業(yè)（教師可針對性地挑選部分難題講解），加強學生對知識的鞏固.新課導入PPT展示各種望遠鏡圖片.在探索宇宙的過程中，人類離不開什么觀測儀器呢？對，那就是望遠鏡．仰望燦爛的星空，借助望遠鏡可以將遙遠的星空拉近一些．為什么望遠鏡可以幫助人看得更遠呢？今天這堂課我們就研究望遠鏡的光學原理，并制作簡易望遠鏡.進行新課知識點1了解望遠鏡的基本原理1.望遠鏡教師播放PPT,學生查閱相關資料.總結：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，靠近被觀察物體的的叫作物鏡.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.【學生實驗】取兩個焦距不同的放大鏡，一只手握一個放大鏡，焦距短的放在眼前作為目鏡，焦距長的作為物鏡.遠離眼睛，通過兩個透鏡看前面的物體，調(diào)整兩個放大鏡間的距離，你會發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？【現(xiàn)象分析】利用距離物體較近的凸透鏡使遠處的物體成縮小的實像，這個實像再經(jīng)過距離眼睛較近的凸透鏡放大，就能看清楚較遠處的物體了．【教師提問】這就是自制簡易望遠鏡了．你能總結望遠鏡的結構及成像特點嗎？【教師總結】備課筆記拓展延伸進行新課【教師PPT展示】成像光路圖，并播放視頻總結望遠鏡的相關知識．視角與望遠鏡的放大倍率【教師提問】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(jù)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？【點撥】原來，我們能不能看清一個物體，它對我們的眼睛所成“視角”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.【教師PPT展示】影響視角的因素：物體大小與物體遠近．記憶口訣：距定物大視角大，物定距大視角?。窘處煱鍟?.視角的定義：從物體從物體兩端向人眼所引的兩條直線的夾角.2.視角的影響因素:視角的大小與物體本身的大小和物體到眼睛的距離有關.物體越大，物體距離眼睛越近，視角越大.3.開普勒望遠鏡的放大倍率:分析表明，開普勒望遠鏡的放大倍率為物鏡的焦距與目鏡的焦距之比.備課筆記深度理解被觀察的物體通過望遠鏡，第一次成倒立、縮小的實像，“倒立”是相對于物體而言的；第二次成正立、放大的虛像，“正立”是相對于第一次所成的像而言的.所以人眼通過望遠鏡看到的是物體倒立的像.深度理解使用望遠鏡時感覺物體被放大的原因我們感覺到物體的大小取決于被觀察的物體對眼睛所成的視角的大小.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，所以感覺物體被放大了.進行新課拓展顯微鏡顯微鏡的構造物鏡的作用相當于投影儀的鏡頭，被觀察的物體經(jīng)物鏡成一個倒立、放大的實像，該像落在目鏡焦點以內(nèi)；目鏡的作用相當于一個放大鏡，把物鏡所成的實像再次放大.兩次放大后，我們就可以看清肉眼看不見的微小物體，如圖所示.知識點2設計與制作簡易望遠鏡【項目提出】科學家利用巨大的天文望遠鏡接收到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，同學們也可以自己制作一個如圖所示的望遠鏡.【項目分析】要自己制作望遠鏡，同學們需要完成以下任務.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(nèi)遠處的物體.3.根據(jù)你的設計方案，選用合適的器材，制作一個望遠鏡.【項目實施】設計簡易望遠鏡自制的望遠鏡可以采用單片的凸透鏡作為目鏡和物鏡.(１)確定望遠鏡的放大倍率: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.進行新課選擇物鏡和目鏡: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(jù)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.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.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(diào)節(jié)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(diào)節(jié).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.2.制作及調(diào)試望遠鏡(１)制作:根據(jù)所選凸透鏡的焦距和直徑制作鏡筒.例如，可以選用焦距約為20cm,直徑約為5cm的物鏡；焦距約為10cm,直徑約為4cm的目鏡.同學們可以想一想：對于上圖所示的制作方案，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.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.(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.【展示交流】同學們向其他同學展示自己的成果，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(fā)現(xiàn)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(fā).同學之間相互評價，比一比誰的望遠鏡更完善.綜合訓練一、選擇題1.如圖所示的水晶球是小明暑假研學過程中獲得的獎品,媽媽提醒小明不要把它們放在向陽的窗臺上,因為水晶球相當于()A.凸透鏡 B.凸面鏡C.凹透鏡 D.凹面鏡2.下列光學器材中沒有用到透鏡的是()A.手機鏡頭 B.顯微鏡 C.潛望鏡 D.望遠鏡3.小明長時間盯著手機屏幕,導致視力下降,患上了近視眼,現(xiàn)在有甲、乙、丙、丁四種鏡片,下圖是光照射到這四種鏡片上產(chǎn)生的現(xiàn)象,他應該選擇的矯正鏡片是()4.小華用一架焦距不變的照相機先后拍攝了贛州郁孤臺的美景,所拍攝的照片分別如圖甲和乙所示。從拍攝甲照片到拍攝乙照片,下列說法正確的是()A.靠近郁孤臺,并使鏡頭往里縮 B.遠離郁孤臺,并使鏡頭往外伸C.甲的物距比乙大,甲的像距比乙小 D.甲的物距比乙小,甲的像距比乙大5.微雕是中國傳統(tǒng)工藝美術中的袖珍藝術品。小明利用焦距為20cm的放大鏡在鉛筆芯上進行雕刻練習。小明用這個放大鏡雕刻時()A.筆芯與放大鏡之間的距離應等于20cmB.筆芯與放大鏡之間的距離應小于20cmC.通過放大鏡看到的是倒立、放大的虛像D.通過放大鏡看到的是正立、放大的實像6.2023年10月26日,神舟十七號成功對接空間站天和核心艙前向端口。如圖所示,這是對接過程中空間站上攝像機拍攝的照片。下列說法正確的是()A.攝像機的鏡頭相當于凸面鏡B.攝像機的成像特點與投影儀的相同C.神舟十七號通過攝像機成正立、縮小的實像D.神舟十七號靠近空間站時,它在攝像機上成的像逐漸變大7.小明把蠟燭移至凸透鏡的焦距以內(nèi),然后透過凸透鏡直接觀察蠟燭,那么他將看到燭焰成像的情形是圖中的()8.一凸透鏡焦距是10cm,發(fā)光物體放在離透鏡中心16cm處,可在光屏上得到一清晰的像,如把物體移動7cm,則成像情況()A.一定是倒立、縮小的實像B.可能是倒立、縮小的實像,也可能是虛像C.一定是倒立、放大的實像D.可能是倒立、放大的實像,也可能是虛像9.物體放在凸透鏡的主光軸上,當物體離透鏡16cm時在光屏上觀察到放大的像,則該凸透鏡的焦距f可能是()A.5cm B.12cm C.16cm D.32cm二、填空題10.將礦泉水瓶遺棄野外易引起山火,是因為瓶中的水相當于,可會聚太陽光引燃干草或枯枝。隔著薄膜上的水滴看很近的字,會看到通過水滴形成正立、放大的像(具體描述像的性質);如果想讓看到的字再變大點,應讓水滴(選填“靠近字”“遠離字”或“面積增大”)。

11.如圖所示,小明在項目學習的過程中自制了一架照相機模型,使用的凸透鏡焦距為8cm。小明在教室里,用它觀察窗外的樹木,前后移動內(nèi)紙筒,在半透明膜上可以看到樹木(選填“倒立”或“正立”)的像。小明位置不變,用它觀察窗戶時,為再次成清晰的像,半透明膜應(選填“靠近”或“遠離”)凸透鏡。

12.小麥在家拿同一個放大鏡觀察書本上“中學物理”四個字,得到如圖所示的兩種情境。圖(選填“甲”或“乙”)看到的是字的實像,此時放大鏡和書本的距離(選填“小于焦距”“大于焦距小于2倍焦距”或“大于2倍焦距”),從圖甲到圖乙的變化過程中,放大鏡是逐漸(選填“靠近”或“遠離”)書本的。

13.如圖所示,透過手表表盤上光滑透明凸起部分,能清楚地讀出日期信息,光滑透明凸起部分相當于(選填“凸”或“凹”)透鏡,透過它看到的是日期數(shù)字(選填“放大”或“縮小”)的(選填“實”或“虛”)像。

三、作圖題14.圖甲是使用放大鏡看手指的情境,圖乙是其簡化光路圖。點S表示手指的位置,點S'表示手指的虛像位置,光線SA是由點S發(fā)出的一條平行于凸透鏡的主光軸的光線,請在圖乙中作出SA的折射光線,并確定凸透鏡右側焦點F的位置。15.根據(jù)入射光線的折射光線,在圖中的虛線框內(nèi)畫出適當類型的透鏡。四、實驗探究題16.某學習小組探究凸透鏡成像的規(guī)律,進行了如下操作:甲乙(1)安裝并調(diào)節(jié)發(fā)光二極管F、透鏡、光屏,使它們的中心大致在。

(2)通過探究,記錄并繪制了物距u與像距v之間的關系圖像,如圖甲所示,則該凸透鏡的焦距是cm。

(3)當發(fā)光二極管F放在如圖乙所示位置時,調(diào)節(jié)光屏,可在光屏上得到一個清晰的像,生活中的(選填“照相機”“投影儀”或“放大鏡”)就是利用這樣的成像原理工作的。

(4)在圖乙中,小明借來物理老師的眼鏡,將其放在發(fā)光二極管F和凸透鏡之間,發(fā)現(xiàn)光屏上原本清晰的像變模糊了,向右移動光屏,光屏上的像又變清晰,說明老師戴的是(選填“近視”或“遠視”)眼鏡。

17.小飛同學做探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗。(1)小飛按圖甲安裝好器材,調(diào)整、凸透鏡(f=10cm)、光屏三者的中心在同一高度。

(2)如圖甲所示,光屏上會出現(xiàn)發(fā)光二極管F縮小、(選填“正立”或“倒立”)的清晰的像;透鏡位置保持不變,將發(fā)光二極管F移動到光具座35cm刻度處,光屏向(選填“左”或“右”)移動到適當位置,光屏上又重新出現(xiàn)發(fā)光二極管F清晰的像;將發(fā)光二極管F移動到光具座42cm刻度處,小飛在凸透鏡的右側,通過凸透鏡觀察到發(fā)光二極管F正立的像,發(fā)光二極管F繼續(xù)靠近凸透鏡,發(fā)光二極管F的像(選填“變大”或“變小”)。

(3)將一個眼鏡片放在圖甲中發(fā)光二極管F和凸透鏡間的某一位置,光屏上的像變模糊了,凸透鏡和光屏的位置保持不變,向左移動發(fā)光二極管F,又能在光屏上看到發(fā)光二極管F清晰的像,說明該鏡片是(選填“凸透鏡”或“凹透鏡”)。

(4)完成實驗后,小飛利用圖乙所示裝置探究光的反射規(guī)律。白色硬紙板ENF垂直于水平放置的平面鏡,法線ON垂直于鏡面,使一束光貼著紙板沿EO射到O點,反射光線沿OF射出,當入射光線遠離法線時,反射光線將(選填“靠近”或“遠離”)法線。如圖丙所示,把紙板NOF向后折,在紙板上看不到反射光線,由此初步得出:反射光線、入射光線、法線在平面內(nèi)。

五、解答題18.小明同學與小亮同學討論光學中有關放大鏡的問題。小明同學說:“通過放大鏡用眼睛觀察物體,總是比實際物體大,所以叫放大鏡?！毙×镣瑢W說:“物理規(guī)律需要條件,如果條件合適,通過放大鏡用眼睛觀察物體,還可以看到比實際物體小或等大的物體。”你認為他們的說法哪個正確。請利用學習過的光學知識,作出正確的解釋。綜合訓練1.A解析:水晶球中間厚、邊緣薄,相當于一個凸透鏡,凸透鏡可以會聚光,若水晶球放在向陽的窗臺上,容易引發(fā)火災。故選A。2.C3.B解析:由圖可知,像成在了視網(wǎng)膜的前方,為近視眼,需要佩戴凹透鏡矯正,凹透鏡對光具有發(fā)散作用,B選項中,入射光為會聚光,出射光為平行光,說明鏡片乙對光有發(fā)散作用,所以鏡片乙為凹透鏡;鏡片甲、丁為凸透鏡,鏡片丙為平面透鏡。故選B。4.C解析:凸透鏡成實像時,物遠像近像變小;先拍甲照片再拍乙照片,像變大,像距變大,物距變小,所以照相機靠近郁孤臺,并使鏡頭往外伸,故C正確。5.B解析:放大鏡成正立、放大的虛像,滿足u<f=20cm,所以筆芯與放大鏡之間的距離應小于20cm,故B正確。6.D解析:攝像機的鏡頭相當于凸透鏡,攝像機是利用凸透鏡成倒立、縮小的實像,投影儀是利用凸透鏡成倒立、放大的實像原理制成的,兩者的成像原理不同,故A、B錯誤。神舟十七號通過攝像機成倒立、縮小的實像,故C錯誤。凸透鏡成實像時,物近像遠像變大,神舟十七號靠近空間站時,它在攝像機上成的像逐漸變大,故D正確。7.C解析:當物距小于焦距時,物體通過凸透鏡在蠟燭的同側成正立、放大的虛像,且像距大于物距,只有選項C中所示的情況符合這個規(guī)律。8.B解析:凸透鏡的焦距為10cm,蠟燭原來放在離凸透鏡16cm的主光軸上;若將物體沿主光軸向靠近凸透鏡方向移動7cm,此時的物距為9cm,物距小于焦距,則物體通過凸透鏡成正立、放大的虛像;若將物體沿主光軸向遠離凸透鏡方向移動7cm,此時的物距為23cm,物距大于2倍焦距,則物體通過凸透鏡成倒立、縮小的實像。故選B。9.B解析:在凸透鏡成像時,得到的實像都可以用光屏承接,所以在光屏上得到一個倒立、放大的實像,即2f>u>f,v>2f;而透鏡到物體的距離為像距,即2f>16cm>f,解得8cm<f<16cm,只有B選項符合條件。10.凸透鏡虛遠離字解析:盛水的礦泉水瓶相當于一個凸透鏡,可以將射來的太陽光會聚在一點,會聚點的溫度比較高,可能會引起火災。一滴水滴在平鋪的塑料紙上,水滴中間厚邊緣薄,形成水凸透鏡。字在凸透鏡的焦距以內(nèi),成正立、放大的虛像。想讓字更大一些,像變大,則物距也要變大;需要凸透鏡遠離字,但物距始終要小于焦距;面積大,凸出程度小,焦距變大,遠離焦點,像變小。11.倒立遠離解析:小明在教室里,用它觀察窗外的樹木,前后移動內(nèi)紙筒,此時物距大于2倍焦距,在半透明膜上可以看到樹木倒立、縮小的像;小明位置不變,用它觀察窗戶時,物距變小,像距變大,為再次成清晰的像,半透明膜應遠離凸透鏡。12.乙大于焦距小于2倍焦距遠離解析:甲圖成正立、放大的虛像,此時的物距小于焦距;乙圖成倒立、放大的實像,物距大于焦距小于2倍焦距;所以從圖甲到圖乙的變化過程中,放大鏡是逐漸遠離書本的。13.凸放大虛解析:透明凸起的部分中間比邊緣厚,是凸透鏡,其作用相當于一個放大鏡,手表數(shù)字在凸透鏡的焦距以內(nèi),則成正立、放大的虛像。14.如圖所示解析:平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后,折射光線過透鏡的焦點,連接S'、入射光線與透鏡的交點,然后延長,與主光軸的交點為焦點的位置。15.如圖所示解析:圖中會聚的光經(jīng)透鏡折射后變得發(fā)散,因此該透鏡對光起發(fā)散作用,為凹透鏡。16.(1)同一高度(2)5(3)照相機(4)近視解析:(1)根據(jù)實驗的要求,讓像成在光屏的中心,必須使發(fā)光二極管F、凸透鏡和光屏三者的中心放在同一高度上。(2)由圖像可知,u=v=2f=10cm,所以f=5cm。(3)當發(fā)光二極管F放在如圖乙所示位置時,物距為15cm,焦距為5cm,此時的物距大于2倍焦距,調(diào)節(jié)光屏,能在光屏上得到一個倒立、縮小的實像,其應用是照相機。(4)將老師的眼鏡靠近凸透鏡左側,發(fā)現(xiàn)光屏上的像由清晰變模糊,向右移動光屏又發(fā)現(xiàn)清晰的像,說明老師所戴眼鏡的鏡片對光起了發(fā)散作用,為凹透鏡;近視眼是遠處物體的像不能呈現(xiàn)在視網(wǎng)膜上,而是呈現(xiàn)在視網(wǎng)膜的前方,因此需佩戴凹透鏡才能看清遠處的物體。17.(1)發(fā)光二極管F(2)倒立右變小(3)凹透鏡(4)遠離同一解析:(1)實驗前,調(diào)整發(fā)光二極管F、凸透鏡、光屏三者的中心在同一高度,目的是使發(fā)光二極管F的像成在光屏中央。(2)由題圖甲可知,此時物距為30.0cm,像距為15.0cm,凸透鏡焦距f=10cm,所以物體在2倍焦距以外,像在焦距與2倍焦距之間,成倒立、縮小的實像。透鏡位置保持不變,將發(fā)光二極管F移動到光具座