跨學(xué)科實(shí)踐：制作望遠(yuǎn)鏡-【跨學(xué)科實(shí)踐】初中物理項(xiàng)目化課程案例

八年級(jí)上冊(cè)（2024）人教版第5節(jié)跨學(xué)科實(shí)踐：制作望遠(yuǎn)鏡第五章透鏡及其應(yīng)用制作望遠(yuǎn)鏡知識(shí)導(dǎo)圖：了解望遠(yuǎn)鏡的基本原理設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡制作及調(diào)試望遠(yuǎn)鏡反思與拓展望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造及工作原理確定望遠(yuǎn)鏡的放大倍率選擇物鏡和目鏡設(shè)計(jì)鏡筒制作試用與調(diào)整項(xiàng)目提出一一、項(xiàng)目提出項(xiàng)目分析二二、項(xiàng)目分析要自己制作望遠(yuǎn)鏡，你需要完成以下任務(wù)。1.了解望遠(yuǎn)鏡的基本原理。2.設(shè)計(jì)一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，能夠用它觀察校園內(nèi)遠(yuǎn)處的物體。3.根據(jù)你的設(shè)計(jì)方案，選用合適的器材，制作。個(gè)望遠(yuǎn)鏡并進(jìn)行調(diào)試。項(xiàng)目實(shí)施三任務(wù)一：了解望遠(yuǎn)鏡的基本原理三、項(xiàng)目實(shí)施1.望遠(yuǎn)鏡的類(lèi)型：伽利略望遠(yuǎn)鏡開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡三、項(xiàng)目實(shí)施哈勃太空望遠(yuǎn)鏡郭守敬望遠(yuǎn)鏡思考：望遠(yuǎn)鏡的主要結(jié)構(gòu)是什么？如何使用？三、項(xiàng)目實(shí)施2.望遠(yuǎn)鏡的基本構(gòu)造：望遠(yuǎn)鏡有不同的類(lèi)型，其中有一種望遠(yuǎn)鏡是由兩組凸透鏡組成的?？拷劬Φ耐雇哥R叫做目鏡?？拷挥^察物體的凸透鏡叫物鏡。三、項(xiàng)目實(shí)施3.望遠(yuǎn)鏡的成像原理：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

、

的實(shí)像。目鏡：相當(dāng)于一個(gè)放大鏡，成

、

的虛像。兩次成像，先縮小，后放大。倒立縮小正立放大望遠(yuǎn)鏡的成像光路圖？三、項(xiàng)目實(shí)施物體距離物鏡很遠(yuǎn)，它的像卻離物鏡很近，根據(jù)前面探究的結(jié)果，這樣所成的像應(yīng)該是縮小的，為什么使用望遠(yuǎn)鏡觀察物體時(shí)會(huì)感到物體被放大了？三、項(xiàng)目實(shí)施4.視角：從眼睛的中心向物體兩端所引的兩條直線的夾角。思考：視角和什么有關(guān)呢？三、項(xiàng)目實(shí)施（2）視角的大小還和物體到眼睛的距離有關(guān)。（1）視角大小和物體本身的大小有關(guān)視角小視角大視角小視角大三、項(xiàng)目實(shí)施望遠(yuǎn)鏡的物鏡所成的像雖然比原來(lái)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。望遠(yuǎn)鏡對(duì)視角的放大：三、項(xiàng)目實(shí)施望遠(yuǎn)鏡的放大倍率：進(jìn)一步的分析表明：如圖所示的望遠(yuǎn)鏡的放大倍率為物鏡的焦距與目鏡的焦距之比。任務(wù)二：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易望遠(yuǎn)鏡三、項(xiàng)目實(shí)施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(guò)大，取放大倍率為2~3倍即可。三、項(xiàng)目實(shí)施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(gòu)買(mǎi)凸透鏡。三、項(xiàng)目實(shí)施利用本章所學(xué)知識(shí)測(cè)量凸透鏡的焦距，并根據(jù)放大倍率的要求，選擇適當(dāng)焦距的凸透鏡分別作為物鏡和目鏡。利用太陽(yáng)光測(cè)量凸透鏡的焦距利用平行光測(cè)量凸透鏡的焦距三、項(xiàng)目實(shí)施選擇焦距較長(zhǎng)、直徑較大的凸透鏡作為物鏡；選擇焦距較短、直徑較小的凸透鏡作為目鏡。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(cè)量凸透鏡的直徑，以便制作直徑合適的鏡筒。目鏡和物鏡的選擇標(biāo)準(zhǔn)：三、項(xiàng)目實(shí)施3.設(shè)計(jì)鏡筒：在用望遠(yuǎn)鏡對(duì)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。任務(wù)三：制作及調(diào)試望遠(yuǎn)鏡三、項(xiàng)目實(shí)施1.制作：根據(jù)所選凸透鏡的焦距和直徑制作鏡筒。嘗試使用凸透鏡、瓦楞紙、剪刀、膠帶等材料，通過(guò)小組合作，自制一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)功能。凸透鏡利用瓦楞紙板制作鏡筒三、項(xiàng)目實(shí)施精確設(shè)計(jì)：確保兩鏡筒直徑相近，預(yù)留調(diào)節(jié)空間以便調(diào)試?？p隙處理：使用軟質(zhì)填充物（泡沫、橡膠條）減小縫隙，或粘貼裝飾條

美化并遮蓋縫隙，確保不影響觀測(cè)且風(fēng)格協(xié)調(diào)。減小望遠(yuǎn)鏡兩個(gè)鏡筒間的縫隙：三、項(xiàng)目實(shí)施物鏡鏡筒長(zhǎng)度：考慮到物鏡焦距約20cm及調(diào)節(jié)空間，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為約25cm。目鏡鏡筒長(zhǎng)度：為確保觀察舒適與輕便，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為10-15cm。每段鏡筒的長(zhǎng)度：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。三、項(xiàng)目實(shí)施鏡筒的制作：利用瓦楞紙板制作鏡筒制作時(shí)，根據(jù)凸透鏡的焦距、直徑等數(shù)據(jù)，以及對(duì)鏡筒長(zhǎng)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(guò)截取適當(dāng)尺寸的長(zhǎng)方形紙板（如瓦楞紙板或其他材料），并把它卷起來(lái)制成鏡筒。利用裝羽毛球的桶制作鏡筒三、項(xiàng)目實(shí)施物鏡和目鏡的固定：用雙面膠或者膠槍等將目鏡和物鏡固定在鏡筒上。三、項(xiàng)目實(shí)施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(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察遠(yuǎn)處的物體。在觀察時(shí)要通過(guò)對(duì)鏡筒長(zhǎng)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。組裝：確保目鏡和物鏡正確安裝在鏡筒內(nèi)，連接穩(wěn)固。初步觀察：對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)處物體，初步查看成像。調(diào)節(jié)距離：通過(guò)調(diào)整鏡筒長(zhǎng)度（或目鏡位置），改變物鏡與目鏡間的距離。尋找最佳成像：持續(xù)調(diào)整，直到看到最清晰的像。固定：將鏡筒固定在最佳成像位置。進(jìn)一步優(yōu)化（如需要）：調(diào)整瞳距、清潔透鏡等，以提升成像質(zhì)量。展示交流四四、展示交流四、展示交流改進(jìn)方法：增大物鏡口徑：可以增大物鏡的口徑，以提高收集光線的能力。使用增光鏡：在物鏡前安裝增光鏡，以增加進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的光線量。調(diào)整觀測(cè)時(shí)間：選擇在光線更好的時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)，如黃昏或清晨。問(wèn)題1：為什么通過(guò)簡(jiǎn)易望遠(yuǎn)鏡看到的像偏暗？原因：透鏡透光率不足、望遠(yuǎn)鏡口徑較小、觀測(cè)環(huán)境光線暗或大氣條件差等。四、展示交流原因：主要是透鏡組合導(dǎo)致的。物鏡形成倒立實(shí)像，目鏡放大此實(shí)像但保持其倒立狀態(tài)。問(wèn)題2：為什么通過(guò)簡(jiǎn)易望遠(yuǎn)鏡看到的像是倒立的？改進(jìn)方法：第一種：使用兩個(gè)相互垂直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，軍用望遠(yuǎn)鏡就采用的這種方法；四、展示交流第二種：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)鏡就采用的這種方法。結(jié)合上述的問(wèn)題，改進(jìn)你制作的望遠(yuǎn)鏡，也可以針對(duì)你發(fā)現(xiàn)的望遠(yuǎn)鏡的其它問(wèn)題，設(shè)計(jì)改進(jìn)的辦法，讓你的望遠(yuǎn)鏡更加完善！科學(xué)世界五五、科學(xué)世界在人類(lèi)歷史的早期，人們利用肉眼觀測(cè)象。后來(lái)人們通過(guò)測(cè)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(guó)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?！边@說(shuō)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。五、科學(xué)世界望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明大大擴(kuò)展了人類(lèi)觀測(cè)天空的視野。第一位把望遠(yuǎn)鏡指向天空的是意大利物理學(xué)家伽利略。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(shuō)”。他還第一個(gè)觀察到了木星的衛(wèi)星、太陽(yáng)黑子和月球上的環(huán)形山。五、科學(xué)世界1846年，科學(xué)家根據(jù)牛頓發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力定律，猜想天王星外還存在一顆未知的行星，并計(jì)算出這顆行星的運(yùn)動(dòng)軌道。不久，人們用望遠(yuǎn)鏡在預(yù)測(cè)的位置發(fā)現(xiàn)了這顆行星，它被命名為“海王星”。這一發(fā)現(xiàn)為萬(wàn)有引力定律提供了有力的支持。五、科學(xué)世界1990年，科學(xué)家把哈勃空間望遠(yuǎn)鏡送入太空，使人類(lèi)觀測(cè)宇宙的能力空前提高。除光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡外，人們還發(fā)明了其他觀測(cè)太空的儀器，如射電天文望遠(yuǎn)鏡，這使人類(lèi)對(duì)宇宙的了解越來(lái)越深入。五、科學(xué)世界我國(guó)不僅古代在天文觀測(cè)上取得了豐碩的成果，在現(xiàn)代也對(duì)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(wàn)量級(jí)的望遠(yuǎn)鏡。2020年，中國(guó)天眼正式開(kāi)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。五、科學(xué)世界通過(guò)對(duì)宇宙的不懈探索，我們現(xiàn)在知道，宇宙中擁有上千億個(gè)星系，銀河系只是這上千億個(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約10萬(wàn)年的時(shí)間。太陽(yáng)不過(guò)是銀河系中幾千億顆恒星中的一員。太陽(yáng)周?chē)兴?、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星繞它運(yùn)行，地球在離太陽(yáng)比較近的第三條軌道上。此外，還有若干其他天體繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)（太陽(yáng)系）。五、科學(xué)世界隨著技術(shù)的進(jìn)步，更多的大型望遠(yuǎn)鏡和空間望遠(yuǎn)鏡將提供更高的分辨率和更廣的觀測(cè)范圍，