5.5跨學科實踐：制作望遠鏡（教學設計）

年級八年級授課時間

課題5.5跨學科實踐：制作望遠鏡

1.了解望遠鏡的基本結構和原理。

教學

2.經(jīng)歷制作簡單的望遠鏡的過程。

目標

3.了解望遠鏡的發(fā)展歷程，體會科學技術對社會發(fā)展和生活的影響。

望遠鏡是光學儀器研究和使用過程中的一個飛躍，它使人類對廣闊的宇宙空間有

了更加深入的了解。

這一節(jié)內容在課程標準中沒有具體要求，它是前面所學凸透鏡成像知識的擴展。

學習望遠鏡的知識，制作望遠鏡，可讓學生加深對凸透鏡成像原理的理解，了解科學

教材

知識的應用，提高自身的科學素養(yǎng)。

分析

本節(jié)教材從伽利略、牛頓等科學前輩利用望遠鏡來觀測天空入手，選取人類探索

宇宙的一些重大活動，簡述了人類探索太陽系和宇宙的歷程。至于探索宇宙的更多的

事例，教學中可以讓學生通過報刊、網(wǎng)絡等進行查閱，以培養(yǎng)他們通過各種公共信息

資源收集資料的能力。

根據(jù)學生的學習情況和已有的生活經(jīng)驗，對望遠鏡有了解，但是對于望遠鏡

學情

原理學生還很模糊，在理解上有些困難，特別是對二次成像理解起來有難度。為

分析

了克服本節(jié)學習隙礙，能完成學習目標，須重視學生的動手探究活動。

1.望遠鏡的基本結構和成像原理。

教學重點

2.會制作望遠鏡模型。

教學難點望遠鏡的成像原理。

望遠鏡、不同焦距的凸透鏡兩個，制作望遠鏡所需材料。

教學

多媒體ppt，包含視頻：《模擬望遠鏡》、《望遠鏡原理》、《自己動手制作

器材

望遠鏡》等。

教學過程

教師活動學生活動

導入新課

【提問】科學家利用巨大的天文望遠鏡接收來自遙遠星系的信息。通過分

思考問題，進

析這些信息，人們對宇宙了解得越來越深入了。你能根據(jù)透鏡成像的知識，自

入情景。

己制作一個望遠鏡嗎?或許你能用它作出新的發(fā)現(xiàn)呢！

學習新課一、制作望遠鏡

望遠鏡種類很多，其中一種是由兩組凸透鏡（開普勒望遠鏡）組成。

1.探究望遠鏡的原理

【實驗器材】兩個焦距不同的凸透鏡。

【實驗步驟】

進行實驗，描

述現(xiàn)象，歸納

結論，如道望

①先用一個凸透鏡（焦而大的）觀察窗外遠處的物體，注意成像情況。

遠鏡的結構和

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

原理。

況。

③將兩凸透鏡的位置對調，再觀察遠處的物體，對比兩次成像的大小。

【分析論證，歸納結論】

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，遠處的物體看上去放大了。

②將兩凸透鏡的位置對凋，將焦距較小的透鏡放在焦距較大的透鏡前面，

觀看視頻。了

再觀察遠處的物體，物體成倒立、縮小的像。

解模擬望遠鏡

【演示實驗】一一《模擬望遠鏡》

的制作過程及

2.望遠鏡的構造

原理。

【播放ppt進行講解】

望遠鏡由兩組透鏡組成，每組透鏡相當于一個凸透鏡?？拷挥^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。

物鏡

知道望近鏡的

結構。

望遠鏡示意圖雙筒望遠鏡

我們見到的普通望遠鏡和軍事望遠鏡都是雙筒的，是雙筒望遠鏡。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”。這種設計一

方面縮短了鏡筒的尺度，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.望遠鏡的原理

【邊畫光路圖邊講解】

（1）物鏡與目鏡

物鏡相當于照相機的鏡頭，使遠處的物體在焦點附近成倒立、縮小的實

像。目鏡相當于一個放大鏡，成正立、放大的虛像。兩次成像，先縮小，后放

知道望遠鏡的

大。

原理。

（2）望遠鏡的成像光路圖

根據(jù)光路圖理

解成像原因。

物僦：相與i照相機的健

頭.成例匯、縮小的實像

注意：

①H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。（由于物體距望遠鏡的距

離很大,第一次成像在物鏡的焦點附近且無限罪近焦點，口J以近似地認為在焦

點處，要使目鏡的放大倍數(shù)盡可能最大，則這個像要在目儻的一倍焦距以內且

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，它的像卻離物鏡很近，這樣的像應該是縮小的，為什

么用望遠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。視曲的大小不僅和物體

本身的大小有關，還和物體到眼睛的距離有關。

知道視角的概

利用太期光浜上凸透依的焦距利用平行光測什凸透鈉的焦距

在選擇兩塊凸透鏡時，除了需要滿足焦距的要求，物僮的直徑還要比目鏡

的直徑大一些C測量凸透鏡的直徑，以便于制作直徑合適的鏡筒.

由此，應選擇焦距較長、直徑較大的凸透鏡作為物鏡，焦距較短、直徑較

小的凸透鏡作為目鏡。

知道設計鏡筒

（3）設計鏡筒

的要求.

在用望遠鏡對不同遠近的物體進行觀察時，需要調節(jié)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曲，這

樣套在?起，便于在使用時調節(jié)。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。

物憤：目鏡

自制望遠鏡的結構

進行制作并進

5.制作及調試望遠鏡

行調試.，

（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鏡兩個鏡筒間的縫

隙?另外，還應注意每段鏡筒的長度需合適，以便留前后調節(jié)的空間。

制作時，根據(jù)凸透鏡的隹距、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）試用與調整

把目鏡鏡筒插入物鏡鏡筒內，把II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(jié)，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。

【視頻演示】一一《自己動手制作天文望遠鏡》

6.反思與拓展

（）通過望遠鏡看到正立的像的方法

I知道通過望遠

這里制作的望遠鏡使用了兩塊凸透鏡，觀察到的遠處物體的像是倒立的，

鏡看到正立的

怎樣才能通過望遠鏡看到正立的像呢？

像的方法，并

第一種方法：如圖所示，物鏡使用凸透鏡，目鏡使用凹透鏡，望遠鏡所成

嘗試制作。

的像就是正立的了（伽利略望遠鏡）。

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鏡，也可以針對你發(fā)現(xiàn)的望遠鏡的

其他問題，設計解決的辦法，讓你的望遠鏡更加完善。

【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，于是架設一臺開普勒望遠鏡做進一步觀

察。關于該望遠鏡，下列說法正確的是（D）做例題,理解

A.它的物鏡和FI鏡都是凹透鏡望遠鏡的組成

B.它的物鏡相當于投影儀，用來把物體放大及原理0

C.物鏡的作用是使遠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

【詳解】A.望遠鏡的物鏡和目鏡都是凸透鏡，故A錯誤；

B.望遠鏡的物鏡相當于照相機的鏡頭，使遠處的物體成一個倒立縮小的

實像，故B錯誤；

C.望遠鏡的物鏡的作用是使得無限遠處的物體在焦點附近成一個倒立縮

小的實像，目鏡再把這個像放大，故c錯誤；

D.望遠鏡由兩組凸透鏡組成，靠近眼鏡的為目鏡，靠近被觀測物體的為

物鏡，故D正確。所以選D。

［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處

的物體，下列說法中正確的是（C）

A.兩只放大鏡對物體進行了兩次放大

B.兩只放大鏡組合在一起相當于一臺顯微鏡

C.兩只放大鏡組合在?起相當于?架望遠鏡

D.將兩只放大鏡的位置對換后，觀察同一物體的大小是相同的

【解析】因為是看遠處的物體，所以相當于望遠鏡，前面的透鏡成倒立、

縮小的實像，相當于照相機，后面的透鏡成正立、放大虛像，相當于放大鏡。

所以AB錯誤；

將兩只放大鏡的位置對換后，觀察同一物體的大小是大同的，一次是放大

的（焦距小的靠近眼睛作為目鏡），一次是縮小的（焦距大的靠近眼睛作為目

鏡）；所以D錯誤。

所以選C。

學習新課一二一望遠鏡與宇宙探索

【引入】在人類歷史的早期，人們利用肉眼觀測天象。后來人們通過測量

閱讀教材第

天體的運動、制定歷法，指導人們的生產生活。

132?133頁,

例如，戰(zhàn)國時期的文獻中記教：“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?！绷私馊祟愂褂?/p>

這說明人們很早就發(fā)現(xiàn)了北斗七星?年中的周回運轉在昭示四季、節(jié)氣變望遠鏡探索宇

遷方面的重要作用。宙的歷程。

【指導學生閱讀教材132?133頁】，了解本部分知識。

【歸納講解】

1.使用望遠鏡探索宇宙的歷程

（1）伽利略望遠鏡

意大利天文學家、物理學家伽利略是第?位把望遠鏡指向天空的人。1609

年伽利略用自制的望遠鏡觀察天體，以確鑿的證據(jù)支持了哥白尼的“口心

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。知道望遠鏡發(fā)

（2）“海王星”的發(fā)現(xiàn)展過程，望遠

1846年，科學家根據(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鏡的發(fā)明大大

未知的行星。不久，人們用望遠鏡在預測的位置發(fā)現(xiàn)了這顆行星，它被命名為擴展了人類觀

“海王星”。測天空的視

野。

伽利略望遠鏡哈勃太空望遠鏡

（3）哈勃太空望遠鏡

為改進對星體的觀察,1990年美國向太空發(fā)射了一臺望遠鏡，叫哈勃太

空望遠鏡，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）郭守敬望遠鏡與“中國天眼”

郭守敬里遠鏡中國大眼

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，郭守敬望遠鏡建成，并于2011年啟動光譜巡天任務，

成為世界上第?個獲取光譜數(shù)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。

2.我們的宇宙

宇宙是一個有層次的天體結構系統(tǒng)。

（1）宇宙：我們的宇宙中擁有上千億個星系；知道宇宙是一

（2）銀河系：銀河系只是宇宙中上千億個星系中的一個。銀河系異常巨個有層次的天

大，一束光穿越銀河系需要10萬年的時間。體結構系統(tǒng)，

（3）太陽系：太陽不過是銀河系中幾千億顆恒星中的一員。太陽周圍有會排列宇宙、

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。此銀河系、太陽

外，還有若干其他天體繞太汩轉動。系的大小。

（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。

【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

【答案】B

【解析】宇宙中擁有數(shù)十億個星系，銀河系只是這數(shù)十億個星系中的一

個。銀河系異常巨大，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，

故B符合題意，ACD不符合題意.所以選B。

做題并解析。

【例題5】收集人類建造天文望遠鏡探索宇宙歷程的資料，自擬題目就你

喜歡的相關問題寫一篇科學小短文。

【參考答案】略。

1.望遠鏡的原理是將遠處的物體經(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一像。物鏡相當于—，目鏡相當于.

練【答案】倒立縮小的實，焦點內，正立放大的虛，照相機，放大鏡。

習【詳解】望遠鏡成像時相當于照相機，將遠處的物體經(jīng)過物鏡在焦點附近成一個倒

立縮小的實像。

望遠鏡的目鏡相當于放大鏡，把物鏡所成的倒立縮小實像繼續(xù)放大，故實像應該落

在目鏡的焦點內，成正立放大的虛像。

2.如圖表示一種光學儀器的成像原理，這種儀器是（選填“望遠鏡”或“顯

微鏡”），目鏡的作用相當于（選填“放大鏡”或“投影儀”）.

【答案】望遠鏡，放大鏡。

【詳解】由圖可知，遠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，就能看清很遠處的物體，這就是望遠鏡的

原理，目鏡相當于一個放大鏡。

3.如圖所示，該望遠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.第一個用望遠鏡觀測天體并進行繪制的科學家是開普勒

B.目鏡的作用相當于投影儀

C.遠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.第一個用望遠鏡觀測天體并進行繪制的科學家是伽利略，故A錯誤；

B.目鏡的作用相當于放大鏡，故B錯誤；

C.望遠鏡的物鏡相當于照相機的鏡頭，成倒立、縮小的實像，故C正確；

D.靠近眼睛的是目鏡，離眼睛較遠的是物鏡，故D錯誤。

故選C。

4.用凸透鏡制作簡易望遠鏡，對望遠鏡工作原理分析，錯誤的是（）

A.望遠鏡的目鏡成的是正立放大的虛像

B.望遠鏡的兩個透鏡，可以用老花鏡的鏡片來代替

C.遠處的物體經(jīng)過物鏡成的像落在目鏡焦點以內

D.望遠鏡的物鏡成的是倒立放大的實像

【答案】D

【詳解】ABC.望遠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。遠處的物體經(jīng)過物鏡成的像落在目鏡焦點以內，目鏡成的是正立放大的虛像，故

ABC正確，不符合題意；

D.望遠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。

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，物體是（選填“變大”或

“變小”）.

【答案】變大，變小。

【詳解】通過兩個焦距不同的放大鏡演示望遠鏡成像原理，前面焦距大的凸透鏡相

當于望遠鏡的物鏡，使遠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

于望遠鏡的目鏡，用來把這個實像放大，所以我們看到了物體倒立、放大的像。

望遠鏡的放大倍數(shù)等于物鏡焦距除以目鏡焦距；若望遠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。

6.市面上有許多很便宜的玩具望遠鏡，幾個同學合買了一個回來進行探究：

先將目鏡放在眼睛前面觀察前面的景物，然后將望遠鏡掉個頭，將物鏡放在眼鏡前

面觀察前面的景物，你兩次觀察到的景物是否相同？寫出區(qū)別：眼睛觀察目鏡：:

眼睛觀察物鏡：O

【答案】物體變大變近了物體變小變遠了

【詳解】玩具望遠鏡是采用一個凸透鏡和一個凹透鏡的結構，凸透鏡即物鏡距離物

體的距離時比較大，遠遠的大于二倍焦距，成倒立的縮小的實像，這個實像在凸透鏡的

另一側的一倍焦距和二倍焦距之間，又恰好成在凹透鏡（目鏡）的一倍虛焦