跨學(xué)科實踐：制作望遠(yuǎn)鏡（解析版）

跨學(xué)科實踐：制作望遠(yuǎn)鏡【學(xué)習(xí)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，體會科學(xué)技術(shù)對社會發(fā)展和生活的影響。【學(xué)習(xí)重、難點】1.望遠(yuǎn)鏡的基本結(jié)構(gòu)和成像原理。2.會制作望遠(yuǎn)鏡模型。3.望遠(yuǎn)鏡的成像原理。【考點剖析】本節(jié)是學(xué)生非常喜歡的跨學(xué)科實踐活動課程，學(xué)生的興趣濃厚，但是對項目的實施還是有一定難度的，特別是對望遠(yuǎn)鏡性能的測試方法感到陌生，教學(xué)中注意控制變量法的講解。1.探究望遠(yuǎn)鏡的原理【實驗器材】兩個焦距不同的凸透鏡。【實驗步驟】①先用一個凸透鏡（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。【分析論證，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?！狙菔緦嶒灐俊赌M望遠(yuǎn)鏡》2.望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造【播放ppt進行講解】望遠(yuǎn)鏡由兩組透鏡組成，每組透鏡相當(dāng)于一個凸透鏡。靠近被觀察物體的凸透鏡，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。它的兩個鏡筒都是拐了彎的，在拐彎處分別安裝了兩個“全反射棱鏡”。這種設(shè)計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)于照相機的鏡頭，使遠(yuǎn)處的物體在焦點附近成倒立、縮小的實像。目鏡相當(dāng)于一個放大鏡，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附近且無限靠近焦點，可以近似地認(rèn)為在焦點處，要使目鏡的放大倍數(shù)盡可能最大，則這個像要在目鏡的一倍焦距以內(nèi)且盡可能靠近焦點）。（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)鏡觀察物體時會感到像被放大了？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，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，這樣它可以會聚更多的光，使得所成的像更加明亮。這一點在觀測天空中的暗星時非常重要?，F(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?！静シ乓曨l】——《開普勒望遠(yuǎn)鏡原理》【合作探究】（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，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】——《自己動手制作天文望遠(yuǎn)鏡》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)計解決的辦法，讓你的望遠(yuǎn)鏡更加完善。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)鏡為改進對星體的觀察，1990年美國向太空發(fā)射了一臺望遠(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。2009年，郭守敬望遠(yuǎn)鏡建成，并于2011年啟動光譜巡天任務(wù)，成為世界上第一個獲取光譜數(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。我們的宇宙宇宙是一個有層次的天體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。（1）宇宙：我們的宇宙中擁有上千億個星系；（2）銀河系：銀河系只是宇宙中上千億個星系中的一個。銀河系異常巨大，一束光穿越銀河系需要10萬年的時間。（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行。此外，還有若干其他天體繞太陽轉(zhuǎn)動。（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?！具^關(guān)檢測】1．用凸透鏡制作簡易望遠(yuǎn)鏡，對望遠(yuǎn)鏡工作原理分析，錯誤的是（）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以內(nèi)D．望遠(yuǎn)鏡的物鏡成的是倒立放大的實像【答案】D【解析】ABC．望遠(yuǎn)鏡的物鏡與目鏡兩個透鏡都是凸透鏡，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像，像在一倍焦距到兩倍焦距之間，故D錯誤，符合題意。故選D。2．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．第一個用望遠(yuǎn)鏡觀測天體并進行繪制的科學(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．第一個用望遠(yuǎn)鏡觀測天體并進行繪制的科學(xué)家是伽利略，故A錯誤；B．目鏡的作用相當(dāng)于放大鏡，故B錯誤；C．望遠(yuǎn)鏡的物鏡相當(dāng)于照相機的鏡頭，成倒立、縮小的實像，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錯誤。故選C。3.2016年11月14日夜空出現(xiàn)的“超級月亮”如圖所示。下列對“超級月亮”的解釋，你認(rèn)為比較合理的是（）

A．月亮本身變大了B．月亮距離我們很近時，視角變大了C．月亮距離我們很遠(yuǎn)時，視角變小了D．月亮變大且距離我們很近【答案】B【詳解】超級月亮是指月亮距離地球最近的狀態(tài)，此時，月亮圍繞地球轉(zhuǎn)動，到達離地球最近的地方，距離我們最近，使視角增大，所以我們看到的月亮好像比平時的增大了。實際上月亮本身的大小不變。故選B。4．人眼能不能看清一個物體，物體對我們所成的視角的大小十分重要，望遠(yuǎn)鏡物鏡所成的像雖然比遠(yuǎn)方物體，但由于它離我們的眼睛很，再加上鏡的放大作用，視角就可以變得很了?！敬鸢浮啃?，近，目，大。【詳解】使用望遠(yuǎn)鏡觀察遠(yuǎn)處的物體，物體在物鏡鏡頭的兩倍焦距以外，此時物體經(jīng)物鏡（凸透鏡）成倒立縮小的實像，所成的像雖然比遠(yuǎn)方物體小，但由于它離我們的眼睛很近，再加上此時成的像在目鏡的鏡頭的一倍焦距以內(nèi)，經(jīng)過物鏡成像再次被放大成虛線，所以視角就變得很大了。5.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。【詳解】由圖可知，遠(yuǎn)處的物體先通過物鏡使物體成一倒立、縮小的實像，然后用目鏡把這個實像再放大成正立、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)于一個放大鏡。6.如圖所示是簡易天文望遠(yuǎn)鏡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過物鏡成一個的實像，落在目鏡的位置；這個實像經(jīng)過目鏡成一個正立、的像。如果你想制作簡易天文望遠(yuǎn)鏡，沒有現(xiàn)成的透鏡，可以選用合適的（選填“近視”或“遠(yuǎn)視”）鏡片來代替。

【答案】倒立、縮小，焦點以內(nèi)，放大，虛，遠(yuǎn)視。【詳解】望遠(yuǎn)鏡是由兩組凸透鏡組成的，靠近眼睛的叫目鏡，靠近被觀測物體的叫物鏡，物鏡的作用是使遠(yuǎn)處的物體在焦點附近成實像，目鏡的作用相當(dāng)于一個放大鏡，用來把這個像放大。望遠(yuǎn)鏡中物鏡是一個凸透鏡，遠(yuǎn)處的物體處在該凸透鏡的二倍焦距之外，經(jīng)該凸透鏡成倒立、縮小的實像；這個倒立、縮小的實像正好落在目鏡焦點以內(nèi)（物距小于一倍焦距）的位置，目鏡的作用相當(dāng)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；近視眼鏡片是凹透鏡，遠(yuǎn)視眼鏡片是凸透鏡，所以想制作簡易天文望遠(yuǎn)鏡，沒有現(xiàn)成的透鏡，可以選用合適的遠(yuǎn)視鏡片來代替。7.如圖所示，取兩個焦距不同的放大鏡，一只手握住一個，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，通過兩個放大鏡看前面的物體，調(diào)整兩個放大鏡間的距離，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?！窘馕觥客ㄟ^兩個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)處的物體在焦點附近成倒立的實像，后面焦距小的凸透鏡相當(dāng)于望遠(yuǎn)鏡的目鏡，用來把這個實像放大，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。8.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(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)及光路示意圖。下列關(guān)于該自制望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)鏡的凸透鏡，發(fā)生了折射，故B錯誤；CD．望遠(yuǎn)鏡的目鏡相當(dāng)于放大鏡，成正立的放大的虛像，物鏡相當(dāng)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。9.“超級月亮”比正常時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)一臺天文望遠(yuǎn)鏡做進一步觀察，關(guān)于該望遠(yuǎn)鏡，下列說法正確的是（）A．它的物鏡和顯微鏡的物鏡作用相同B．它的物鏡相當(dāng)于放大鏡，用來把像放大C．它的物鏡的作用是使遠(yuǎn)處的物體在焦點附近成虛像D．它由兩組透鏡組成，靠近眼鏡的為目鏡，靠近被觀測物體的為物鏡【答案】D【詳解】A.望遠(yuǎn)鏡的物鏡是使得無限遠(yuǎn)處的物體成一個倒立縮小的實像，而顯微鏡的物鏡是為了使得載物片上的物體成一個放大的實像，故A錯誤；B.望遠(yuǎn)鏡的物鏡相當(dāng)于照相機的鏡頭，使遠(yuǎn)處的物體成一個倒立縮小的實像，故B錯誤；C.望遠(yuǎn)鏡的物鏡的目的是使得無限遠(yuǎn)處的物體成一個倒立縮小的實像，故C錯誤；D.望遠(yuǎn)鏡由兩組透鏡組成，靠近眼鏡的為目鏡，靠近被觀測物體的為物鏡，故D正確。故選D.10．世梁同學(xué)取兩個焦距不同的放大鏡，一只手握住一個，調(diào)整兩個放大鏡間的距離，可以看清遠(yuǎn)處的廣州塔。以下說法錯誤的是（）A．靠近眼睛的鏡片，能使光線靠近主光軸B．遠(yuǎn)處的鏡片，成的是正立放大像C．靠近眼睛的鏡片，其作用相當(dāng)于一個放大鏡D．遠(yuǎn)處的鏡片，直徑比我們眼睛的瞳孔大得多，這樣可以會聚更多的光【答案】B【詳解】A．靠近眼睛的鏡片是目鏡，成的是正立放大的虛像，相當(dāng)于放大鏡，能使光線靠近主光軸，故A正確，不符合題意；B．兩個不同焦距的放大鏡組成了望遠(yuǎn)鏡，遠(yuǎn)處的鏡片是物鏡，成的是倒立縮小的實像，故B錯誤，符合題意；C．靠近眼睛的鏡片是目鏡，成的是正立放大的虛像，相當(dāng)于放大鏡，故C正確，不符合題意；D．遠(yuǎn)處的鏡片，直徑比我們眼睛的瞳孔大得多，這樣可以會聚更多的光，使得所成的像更加明亮，故D正確，不符合題意。故選B。11．（2024·江蘇蘇州·一模）項目化學(xué)習(xí)小組從實驗室找到幾只透鏡準(zhǔn)備自制一只望遠(yuǎn)鏡。（1）如圖甲所示，將某透鏡放在點光源與光屏中間，此時屏上呈現(xiàn)一個比透鏡尺寸大的圓形光斑，將光源向（左/右）移動，若觀察到現(xiàn)象，則該透鏡為凸透鏡；（2）選出一對焦距合適的凸透鏡作為物鏡和目鏡，按照如圖乙所示方法組裝成一只望遠(yuǎn)鏡。小明用望遠(yuǎn)鏡觀察天空星星時發(fā)現(xiàn)鏡中視野范圍較小，很難找到目標(biāo)，為此，他用兩塊相同的帶開口的擋板制作了一個尋星裝置，安裝在望遠(yuǎn)鏡套筒上后，借助擋板能快捷尋找目標(biāo)（圖丙所示），并將目標(biāo)鎖定在望遠(yuǎn)鏡視野中，下列設(shè)計的各擋板中最適合的是；（3）小明用該望遠(yuǎn)鏡看遠(yuǎn)處物體時，發(fā)現(xiàn)像與物相比較上下、左右都顛倒了，為使看到的像與物相比不失真，老師建議他將望遠(yuǎn)鏡設(shè)計成物