導(dǎo)學(xué)案：5.5 跨學(xué)科實踐：制作望遠(yuǎn)鏡（學(xué)生版）

學(xué)而優(yōu)教有方.5跨學(xué)科實踐：制作望遠(yuǎn)鏡（導(dǎo)學(xué)案）【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?！緦W(xué)習(xí)重點】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。【學(xué)習(xí)難點】望遠(yuǎn)鏡的成像原理?！咀灾黝A(yù)習(xí)】閱讀教材，完成以下問題：1.望遠(yuǎn)鏡的物鏡相當(dāng)于，目鏡相當(dāng)于（選填“投影儀”、“照相機(jī)”或“放大鏡”）。遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過物鏡在焦點附近成、的像，該像又經(jīng)過目鏡成、、像（均填像的性質(zhì)），使視角可以變很大。2.物體的兩端到人眼處所夾的角叫。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，了視角（選填“增大”或“減小”），因而通過望遠(yuǎn)鏡能清楚地看到遠(yuǎn)處的物體。3.自制望遠(yuǎn)鏡時，根據(jù)放大倍數(shù)的要求，選擇適當(dāng)?shù)耐雇哥R分別作為物鏡和目鏡。觀察最遠(yuǎn)處的物體時，兩塊凸透鏡間的距離約等于兩塊凸透鏡的之和。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，太陽是系中幾千億顆星中的一員；地球在離太陽比較近的第條軌道上。是太陽系中的一顆星?！竞献魈骄俊刻骄恳弧⒅谱魍h(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡種類很多，其中一種是由兩組凸透鏡（開普勒望遠(yuǎn)鏡）組成。1.探究望遠(yuǎn)鏡的原理【實驗器材】兩個焦距不同的凸透鏡?！緦嶒灢襟E】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?！痉治稣撟C，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、的像，遠(yuǎn)處的物體看上去放大了（選填像的性質(zhì)）。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、的像（選填像的性質(zhì)）。2.望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造望遠(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?？拷劬Φ耐雇哥R，焦距比較短，叫做。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過來。3.望遠(yuǎn)鏡的原理（1）物鏡與目鏡物鏡相當(dāng)于照相機(jī)的鏡頭，使遠(yuǎn)處的物體在焦點附近成、的實像。目鏡相當(dāng)于一個放大鏡，、的虛像。兩次成像，先縮小，后。（2）望遠(yuǎn)鏡的成像光路圖注意：①目鏡把物鏡所成的像進(jìn)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，因而通過望遠(yuǎn)鏡能清楚地看到遠(yuǎn)處的物體。（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=。其中，f物是物距的焦距，f目是目距的焦距。4.設(shè)計簡易望遠(yuǎn)鏡（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，其放大倍率不宜過大，取放大倍率為倍即可。（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，還可以直接購買凸透鏡。利用本章所學(xué)知識測量凸透鏡的焦距，并根據(jù)放大倍數(shù)的要求，選擇適當(dāng)?shù)耐雇哥R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，以便于制作直徑合適的鏡筒。由此，應(yīng)選擇焦距較長、直徑較大的凸透鏡作為鏡，焦距較短、直徑較小的凸透鏡作為鏡。（3）設(shè)計鏡筒在用望遠(yuǎn)鏡對不同遠(yuǎn)近的物體進(jìn)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(shè)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(yuǎn)處的物體時，兩塊凸透鏡間的距離約等于兩塊凸透鏡的之和；觀察較近處的物體時，兩塊凸透鏡間的距離要稍一些。5.制作及調(diào)試望遠(yuǎn)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。6.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，物鏡使用透鏡，目鏡使用透鏡，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(jìn)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。【例題1】“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)一臺開普勒望遠(yuǎn)鏡做進(jìn)一步觀察。關(guān)于該望遠(yuǎn)鏡，下列說法正確的是（）A．它的物鏡和目鏡都是凹透鏡B．它的物鏡相當(dāng)于投影儀，用來把物體放大C．物鏡的作用是使遠(yuǎn)處的物體在焦點附近成虛像D．它由兩個透鏡組成，靠近眼睛的為目鏡，靠近被觀測物體的為物鏡【例題2】如圖所示用兩只焦距不同的放大鏡一前一后放在眼前觀察遠(yuǎn)處的物體，下列說法中正確的是（）A.兩只放大鏡對物體進(jìn)行了兩次放大B．兩只放大鏡組合在一起相當(dāng)于一臺顯微鏡C．兩只放大鏡組合在一起相當(dāng)于一架望遠(yuǎn)鏡D．探究二、望遠(yuǎn)鏡與宇宙探索【閱讀教材132～133頁】，完成下列填空。1.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)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(jìn)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(xiàn)。2009年，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，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。2.我們的宇宙宇宙是一個有的天體結(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：地球在離太陽比較近的第條軌道上，是太陽系中的一顆星。【例題4】下列各物體的尺度，按由大到小的順序排列正確的是（）A．地球、太陽、銀河系B．銀河系、太陽、地球C．銀河系、地球、太陽D．太陽、銀河系、地球【例題5】收集人類建造天文望遠(yuǎn)鏡探索宇宙歷程的資料，自擬題目就你喜歡的相關(guān)問題寫一篇科學(xué)小短文?！練w納整理】【精講點撥】1.望遠(yuǎn)鏡的作用是看清遠(yuǎn)處的物體，遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過物鏡在物鏡的焦點附近成倒立縮小的實像，但是像離我們的眼睛更近了，該像又落在目鏡的一倍焦距以內(nèi)，再次經(jīng)過目鏡的放大，我們觀察像的視角變大，這樣就能觀察的清楚了。為了盡可能使第二次成像成得較大，可使望遠(yuǎn)鏡物鏡的后焦點與目鏡的前焦點重合。2.使用望遠(yuǎn)鏡能夠看清遠(yuǎn)處的物體的原因：遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡后，所成的像還是比物體本身小，但是視角變得很大；另外，望遠(yuǎn)鏡的物鏡直徑大，可以會聚足夠多的光，使成的像更加明亮。因此，人眼就能很清楚的看清遠(yuǎn)處的物體了。3.自制望遠(yuǎn)鏡時，根據(jù)放大倍數(shù)的要求，選擇適當(dāng)焦距的凸透鏡分別作為物鏡和目鏡，物鏡的焦距要大于目鏡的焦距。觀察最遠(yuǎn)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?！菊n堂練習(xí)】1．望遠(yuǎn)鏡的原理是將遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過物鏡在焦點附近成一個像，落在目鏡的；再經(jīng)目鏡使這個像再成一個像。物鏡相當(dāng)于，目鏡相當(dāng)于。2.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”）。3．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(jìn)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4．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5.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