八年級上冊（2024）人教版第5節跨學科實踐：制作望遠鏡第五章透鏡及其應用制作望遠鏡知識導圖：了解望遠鏡的基本原理設計望遠鏡制作及調試望遠鏡反思與拓展望遠鏡的構造及工作原理確定望遠鏡的放大倍率選擇物鏡和目鏡設計鏡筒制作試用與調整項目提出一一、項目提出項目分析二二、項目分析要自己制作望遠鏡，你需要完成以下任務。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遠處的物體。3.根據你的設計方案，選用合適的器材，制作。個望遠鏡并進行調試。項目實施三任務一：了解望遠鏡的基本原理三、項目實施1.望遠鏡的類型：伽利略望遠鏡開普勒望遠鏡牛頓式反射望遠鏡三、項目實施哈勃太空望遠鏡郭守敬望遠鏡思考：望遠鏡的主要結構是什么？如何使用？三、項目實施2.望遠鏡的基本構造：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。靠近眼睛的凸透鏡叫做目鏡。靠近被觀察物體的凸透鏡叫物鏡。三、項目實施3.望遠鏡的成像原理：物鏡：相當于照相機的鏡頭，使遠處的物體在焦點附近成

、

的實像。目鏡：相當于一個放大鏡，成

、

的虛像。兩次成像，先縮小，后放大。倒立縮小正立放大望遠鏡的成像光路圖？三、項目實施物體距離物鏡很遠，它的像卻離物鏡很近，根據前面探究的結果，這樣所成的像應該是縮小的，為什么使用望遠鏡觀察物體時會感到物體被放大了？三、項目實施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：視角和什么有關呢？三、項目實施（2）視角的大小還和物體到眼睛的距離有關。（1）視角大小和物體本身的大小有關視角小視角大視角小視角大三、項目實施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。望遠鏡對視角的放大：三、項目實施望遠鏡的放大倍率：進一步的分析表明：如圖所示的望遠鏡的放大倍率為物鏡的焦距與目鏡的焦距之比。任務二：設計簡易望遠鏡三、項目實施1.確定望遠鏡的放大倍率：自制的望遠鏡可以采用單片的凸透鏡作為目鏡和物鏡。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。三、項目實施2.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。三、項目實施利用本章所學知識測量凸透鏡的焦距，并根據放大倍率的要求，選擇適當焦距的凸透鏡分別作為物鏡和目鏡。利用太陽光測量凸透鏡的焦距利用平行光測量凸透鏡的焦距三、項目實施選擇焦距較長、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，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。目鏡和物鏡的選擇標準：三、項目實施3.設計鏡筒：在用望遠鏡對不同遠近的物體進行觀察時，需要調節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，便于在使用時調節。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。任務三：制作及調試望遠鏡三、項目實施1.制作：根據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，通過小組合作，自制一個望遠鏡，實現望遠功能。凸透鏡利用瓦楞紙板制作鏡筒三、項目實施精確設計：確保兩鏡筒直徑相近，預留調節空間以便調試。縫隙處理：使用軟質填充物（泡沫、橡膠條）減小縫隙，或粘貼裝飾條

美化并遮蓋縫隙，確保不影響觀測且風格協調。減小望遠鏡兩個鏡筒間的縫隙：三、項目實施物鏡鏡筒長度：考慮到物鏡焦距約20cm及調節空間，設計長度為約25cm。目鏡鏡筒長度：為確保觀察舒適與輕便，設計長度為10-15cm。每段鏡筒的長度：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、項目實施鏡筒的制作：利用瓦楞紙板制作鏡筒制作時，根據凸透鏡的焦距、直徑等數據，以及對鏡筒長度的要求，我們可以利用現成的圓筒狀物品（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。利用裝羽毛球的桶制作鏡筒三、項目實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、項目實施2.試用與調整：把目鏡鏡筒插入物鏡鏡筒內，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節，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。組裝：確保目鏡和物鏡正確安裝在鏡筒內，連接穩固。初步觀察：對準遠處物體，初步查看成像。調節距離：通過調整鏡筒長度（或目鏡位置），改變物鏡與目鏡間的距離。尋找最佳成像：持續調整，直到看到最清晰的像。固定：將鏡筒固定在最佳成像位置。進一步優化（如需要）：調整瞳距、清潔透鏡等，以提升成像質量。展示交流四四、展示交流四、展示交流改進方法：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，以增加進入望遠鏡的光線量。調整觀測時間：選擇在光線更好的時段進行觀測，如黃昏或清晨。問題1：為什么通過簡易望遠鏡看到的像偏暗？原因：透鏡透光率不足、望遠鏡口徑較小、觀測環境光線暗或大氣條件差等。四、展示交流原因：主要是透鏡組合導致的。物鏡形成倒立實像，目鏡放大此實像但保持其倒立狀態。問題2：為什么通過簡易望遠鏡看到的像是倒立的？改進方法：第一種：使用兩個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，望遠鏡所成的像就是正立的了，伽利略望遠鏡就采用的這種方法。結合上述的問題，改進你制作的望遠鏡，也可以針對你發現的望遠鏡的其它問題，設計改進的辦法，讓你的望遠鏡更加完善！科學世界五五、科學世界在人類歷史的早期，人們利用肉眼觀測象。后來人們通過測量天體的運動、制定歷法，指導人們的生產生活。例如，戰國時期的文獻中記載：“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。”這說明人們很早就發現了北斗七星一年中的周回運轉在昭示四季、節氣變遷方面的重要作用。五、科學世界望遠鏡的發明大大擴展了人類觀測天空的視野。第一位把望遠鏡指向天空的是意大利物理學家伽利略。1609年，伽利略用自制的望遠鏡觀察天體，以確鑿的證據支持了哥白尼的“日心說”。他還第一個觀察到了木星的衛星、太陽黑子和月球上的環形山。五、科學世界1846年，科學家根據牛頓發現的萬有引力定律，猜想天王星外還存在一顆未知的行星，并計算出這顆行星的運動軌道。不久，人們用望遠鏡在預測的位置發現了這顆行星，它被命名為“海王星”。這一發現為萬有引力定律提供了有力的支持。五、科學世界1990年，科學家把哈勃空間望遠鏡送入太空，使人類觀測宇宙的能力空前提高。除光學天文望遠鏡外，人們還發明了其他觀測太空的儀器，如射電天文望遠鏡，這使人類對宇宙的了解越來越深入。五、科學世界我國不僅古代在天文觀測上取得了豐碩的成果，在現代也對宇宙探索作出了很大貢獻。2009年，郭守敬望遠鏡建成，并于2011年啟動光譜巡天任務，成為世界上第一個獲取光譜數突破千萬量級的望遠鏡。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鏡。五、科學世界通過對宇宙的不懈探索，我們現在知道，宇宙中擁有上千億個星系，銀河系只是這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約10萬年的時間。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，地球在離太陽比較近的第三條軌道上。此外，還有若干其他天體繞太陽轉動（太陽系）。五、科學世界隨著技術的進步，更多的大型望遠鏡和空間望遠鏡將提供更高的分辨率和更廣的觀測范圍，