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课题 第五章 透镜及其应用
5.5 跨学科实践：制作望远镜
教学目标
1.物理观念
（1） 望远镜的构造和成像原理。
（2）了解人类探索宇宙的过程。
（3）了解“中国天眼”在人类探索宇宙中的作用及我国科学家建设“中国天眼”过程中的卓越贡献。
2.科学思维
应用凸透镜成像规律，用不同的透镜观察远处的物体。
3.科学实验
通过自制望远镜，感受物理应用于实际的乐趣。
4.科学态度与责任
（1） 具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理道理。
（2）初步建立将科学技术应用于实际的意识。
教学重点
应用透镜的性质制作望远镜
教学难点
用透镜制作成望远镜
教学方法
实验法和讲授法
教学用具
焦距和大小不同的凸透镜、硬纸板可卷成筒状、剪刀、胶带、刻刀
教学课时 1课时
教学互动设计
一、创设情景、导入新课
2016年9月25日，世界最大单口径射电望远镜（FAST）在我国贵州省正式投入使用，被称为“中国天眼”。
FAST工程——500米口径球面射电望远镜在贵州省平塘县的喀斯特洼坑中落成启用，开始接收来自宇宙深处的电磁波。使得中国在这一领域的发展先进了30年。
2024年9月25日，“中国天眼”迎来了8周岁“生日”。“中国天眼”帮助人类探索宇宙的起源、演化及其结构，为理解宇宙中的前沿科学问题提供了重要的观测数据，也为国际科学界交流与合作搭建了重要平台。
南仁东（1945年2月-2017年9月15日），出生于吉林辽源，毕业于清华大学，中国天文学家，“中国天眼”的主要发起者和奠基人，“人民科学家”国家荣誉称号获得者。
南仁东曾任FAST工程首席科学家兼总工程师，主要研究领域为射电天体物理和射电天文技术与方法，曾获全国创新争先奖、改革先锋称号、改革先锋奖章。2017年9月15日因病逝世，享年72岁。
项目提出
科学家利用巨大的天文望远镜接收来自遥远星系的信息。通过分析这些信息，人们对宇宙了解得越来越深入了。根据透镜成像的知识，你也可以自己制作一个如图所示的望远镜。或许你能用它获得新的发现呢！
二、新课讲授、师生互动
（一） 项目提出
根据透镜成像的知识，你也可以自己制作一个如图所示的望远镜。或许你能用它获得新的发现呢！
（二）项目分析
要自己制作望远镜，你需要完成以下任务。
1. 了解望远镜的基本原理。
2. 设计一个望远镜，能够用它观察校园内远处的物体。
3. 根据你的设计方案，选用合适的器材，制作一个望远镜并进行调试。
（三）项目实施
1. 了解望远镜的基本原理
望远镜有不同的类型，其中有一种望远镜是由两组凸透镜组成的。靠近眼睛的叫作目镜，靠近被观测物体的叫作物镜（如图所示）。
物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像，目镜的作用相当于一个放大镜，用来把这个像放大。
物镜成像原理：物距大于2倍焦距，通过凸透镜成倒立缩小的实像，像距在1倍焦距与2倍焦距之间。
目镜成像原理：物距小于1倍焦距，通过凸透镜成正立放大的虚像。
细心的同学可能会有疑问：物体距离物镜很远，它的像却离物镜很近，根据前面探究的结果，这样所成的像是缩小的，为什么使用望远镜观察物体时会感到物体被放大了呢？
原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”（如图所示）的大小十分重要。视角的大小不仅和物体本身的大小有关，还和物体到眼睛的距离有关。
望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用，视角就可以变得很大。
进一步的分析表明，像如图所示这样的望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之比。
2. 设计简易望远镜
（1）确定望远镜的放大倍率
自制的望远镜可以采用单片的凸透镜作为目镜和物镜。为了让成像质量好一些，其放大倍率不宜过大，取放大倍率为2~3倍即可。
（2）选择物镜和目镜
望远镜的物镜和目镜可以选择老人阅读用放大镜的镜片，也可以使用老花镜的镜片，还可以直接购买凸透镜。利用本章所学知识测量凸透镜的焦距，并根据放大倍率的要求，选择适当焦距的凸透镜分别作为物镜和目镜。
在选择两块凸透镜时，除了需要满足焦距的要求，物镜的直径还要比目镜的直径大一些。测量凸透镜的直径，以便制作直径合适的镜筒。
由此，应选择焦距较长、直径较大的凸透镜作为物镜，焦距较短、直径较小的凸透镜作为目镜。
（3）设计镜筒
在用望远镜对不同远近的物体进行观察时，需要调节两块凸透镜间的距离。如图所示，镜筒可以设计成两段，让物镜的镜筒较目镜的镜筒粗一些，这样套在一起，便于在使用时调节。观察最远处的物体时，两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜的焦距之和；观察较近处的物体时，两块凸透镜间的距离要稍大一些。
3. 制作及调试望远镜
（1）制作
根据所选凸透镜的焦距和直径制作镜筒。例如，可以选用如图所示的两块凸透镜。其中，物镜的焦距约为20 cm，直径约为5 cm ；目镜的焦距约为10 cm，直径约为4 cm。
想一想：对于结构图的制作方案，你有没有办法减小望远镜两个镜筒间的缝隙？另外，还应注意每段镜筒的长度需合适，以便留出前后调节的空间。
制作时，根据凸透镜的焦距、直径等数据，以及对镜筒长度的要求，我们可以利用现成的圆筒状物品（如装羽毛球的筒），也可以通过截取适当尺寸的长方形纸板（如瓦楞纸板或其他材料），并把它卷起来制成镜筒。
此外，还要考虑如何把物镜和目镜方便地固定在镜筒上。
（2）试用与调整
把目镜镜筒插入物镜镜筒内，把目镜放到眼前，通过望远镜观察远处的物体。在观察时要通过对镜筒长度的调节，改变物镜与目镜间的距离，直到在望远镜中看到远处物体清晰的像为止。
（四） 展示交流
向其他同学展示你的成果，介绍你的制作方案，分享你的收获。例如，在制作望远镜的过程中，你发现了哪些问题？你是如何改进的？还要倾听其他同学的讲解，看看对你有什么启发。同学之间相互评价，比一比谁的望远镜更完善。
1.用1个长焦距凸透镜充当物镜，另1个短焦距凸透镜充当目镜，形成倒立像。
2.特点:镜筒长，不便于携带，视野大，一般用于天文望远镜。
1.用1个凸透镜充当物镜，1个凹透镜充当目镜，形成正立像。
2.特点:镜筒短，便于携带，视野小。
三、课堂小结、巩固提升
1. 天文望远镜。物镜是凸透镜：使远处的物体在焦点附近成实像；目镜：靠近眼睛，作用相当于放大镜。其工作原理是 ：
物镜：u＞2 ,成倒立、缩小的实像
目镜：u＜ ,成正立、放大的虚像
2.探索宇宙。伽利略是第一位把望远镜指向天空的物理学家。我们宇宙拥有上千亿个星系。中国天眼是世界上最大的射电望远镜。
四、板书设计、理清要点
1. 天文望远镜。物镜是凸透镜：使远处的物体在焦点附近成实像；目镜：靠近眼睛，作用相当于放大镜。其工作原理是 ：
物镜：u＞2 ,成倒立、缩小的实像
目镜：u＜ ,成正立、放大的虚像
2.探索宇宙。伽利略是第一位把望远镜指向天空的物理学家。我们宇宙拥有上千亿个星系。
中国天眼是世界上最大的射电望远镜。
五、达标练习、反馈矫正
1．下列说法正确的是（ ）
A.科学家利用巨大的天文望远镜接收来自遥远星系的信息。
B. 用望远镜观察的遥远星系是放大的像
C. 靠近被观察的物体的透镜为目镜
D. 靠近眼睛的透镜为物镜
2． 关于望远镜说法正确的是（ ）
A. 望远镜的目镜一定是凸透镜
B. 望远镜的物镜一定是凸透镜
C. 望远镜的物镜的工作原理是物距小于焦距，凸透镜成正立、放大的像
D. 望远镜的目镜的工作原理是物距大于2倍焦距，凸透镜成倒立、缩小的实像
3． 下列说法不正确的是（ ）
A.我们能不能看清物体，所观察的物体对我们的眼睛所成的“视角”的大小十分重要
B.望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，视角变得很小
C.望远镜的物镜的直径比我们眼睛的瞳孔大得多，它可以会聚更多的光，所成像更明亮
D.视角的大小不仅和物体本身的大小有关，还和物体到眼睛的距离有关
4． 自制望远镜时，说法不正确的是（ ）
A.应选择焦距较长、直径较大的凸透镜作为物
镜
B.选择焦距较短、直径较小的凸透镜作为目镜
C.观察最远处的物体时，两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜的焦距之和
D.观察较近处的物体时，两块凸透镜间的距离要稍小一些。
5． 第一个把望远镜指向天空的物理学家是（ ）
A.伽利略
B.牛顿
C.哥白尼
D.开普勒
参考答案：1.A；2.B；3.B；4.D；5.A 。
六、布置作业
课外作业 完善自制的望远镜
阅读P134-135科学世界 望远镜与宇宙探索
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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