5.5 显微镜和望远镜 教学设计（表格式）

课题 显微镜和望远镜
教学目标
教学目标： 知识目标： 1．通过观察显微镜、望远镜的图片，能说出其主要结构。 2．能说出显微镜、望远镜的物镜和目镜成像情况。 能力目标： 会利用透镜自制显微镜和望远镜，体验利用两个透镜组成显微镜和望远镜的实践过程。 情感目标： 1．通过观看显微镜的发展及应用前景，认识到科技对社会发展和人类生活的重要影响， 从而增强对物理学的热爱。 2．通过了解望远镜发展的历程，感受望远镜在人类探索宇宙奥秘中所起的重大作用。 3．通过探究性物理学习活动，使学生获得成功的愉悦，乐于参与物理学习活动。 教学重点： 通过观察显微镜、望远镜的图片，能说出其主要结构；经历两个透镜观察物体的探究活 动，能说出显微镜、望远镜的物镜和目镜成像情况。 教学难点： 利用两组凸透镜成像规律理解显微镜和望远镜的原理。
教学过程
时 间 教学环节 主要师生活动
2 分 钟 引入 【点 PPT】同学们都知道，在生活中使用放大镜可以看清书本 上较小的字迹【点 PPT】但是如果我们想要看清微生物、细胞 【手指 PPT】甚至更微小的物体时，只用放大镜显然办不到了。
10 分 钟 显微镜 在前几节课上，我们已经学过放大镜其实就是凸透镜【点 PPT】。 【问】能用两个凸透镜将物体放大两次嘛？ 【点 PPT】就像这样，先用一个靠近被观察物体的凸透镜【点 PPT】，使物体成一个放大的像，再用一个靠近眼睛的凸透镜【点 PPT】，把这个像再放大一次，这种方法是否可行呢？ 【点 PPT】来试一试吧！如果我们的身边只有一个放大镜，我 们可以借助如图中这样，【点 PPT】把一滴水【点 PPT】滴在玻 璃板【点 PPT】上，替代另一个凸透镜。 【点 PPT】现在让我们用 2 个凸透镜观察一个向上的小箭头， 效果如何呢？我们来看一下 【播放视频： 自制模拟显微镜】 【点 PPT】光线先后透过两个凸透镜，小小的箭头真的可以被 放大两次。我们看到了一个与物体相比【点 PPT】，倒立放大 的像。 【点 PPT】其实，这个小实验就是光学显微镜【点 PPT】的原 理。 【小结】显微镜镜桶的两端各有一组透镜，每组透镜的作用都 相当于一个凸透镜，【点 PPT】靠近眼睛的凸透镜叫做目镜，【点 PPT】靠近被观察物体的凸透镜叫做物镜。再下面的反光镜【点 PPT】是一个凹面镜，它的作用是使光会聚，照亮被观察的物 体。 【点 PPT】当我们用显微镜来观察洋葱根尖的细胞，将根尖的 尖端朝上放在载物台上相应的位置，调节旋钮，直到出现最清 晰的图像【点 PPT】，我们看到的是倒立放大的像【手指 PPT】。 【问】显微镜下为什么会呈现一个倒立放大的像呢？ 【答】同学说的非常好，与凸透镜的成像规律有关。 【播放视频：显微镜的成像原理动画】载玻片的位置离物镜较 近，物距略大于物镜一倍焦距，被观察物体的光经过物镜后， 发生折射，形成一个倒立放大的实像【点 PPT】，第一次所成
的像在目镜【点 PPT】一倍焦距内， 目镜的作用是放大镜，把 这个实像再放大一次，成正立放大的虚像【点 PPT】，经过这 两次放大作用，我们就可以看到原本看不见的小物体了。 【说】所以通过显微镜最终观察到的是倒立放大的虚像。 【小结】小结显微镜的成像特点：显微镜的物镜使被观察的物 体成倒立放大的实像【点 PPT】，相当于投影仪【点 PPT】的镜 头。显微镜的目镜把物镜成的实像再一次放大【点 PPT】，相当 于放大镜【点 PPT】，成虚像。 【点 PPT】显微镜是怎样发展至今的呢？让我们共同来了解一 下，【点 PPT】这是最早的显微镜，在 16 世纪末，由一位名叫 札恰里亚斯~詹森的荷兰眼睛制造商发明，詹森虽然是发明显 微镜的第一人，但并没有发现显微镜的真正价值。【点 PPT】 直到 17 世纪，显微镜由荷兰人安东尼~范~列文虎克，发明改 进，开始真正应用于科学研究，显微镜大大扩充了人类的视野， 把人类的视觉从宏观引入微观，通过了解动物体内的细微结 构，直接导致了 19 世纪细胞学、微生物学等学科的建立。【点 PPT】这是由英国显微镜设计师约翰卡夫在 17 世纪中叶设计出 的显微镜，与 18 世纪得到广泛使用；【点 PPT】这是堪称历史 上最精美的显微镜，由英国伦敦人弗朗西斯温汉姆于 19 世纪 制造，这架显微镜有着当时最为精巧先进的齿轮传动系统，齿 轮调焦系统，激光系统和成像系统。【点 PPT】进入 20 世纪， 随着人们在物理、数学和材料科学等领域取得的重大进展，显 微镜的质量也大大提高，各种新型的显微镜也应运而生，比如 说如图中所示的电子显微镜。电子显微镜以其高分辨本领和科 学的直观性显示出无比的魅力，【点 PPT】透射电子显微镜在 光学显微镜的基础上放大了 1000 倍，拓宽了人类的观测领域， 所以可以分辨细微物质结构，【点 PPT】 由扫描式电子显微镜 构成的电子微探针，可用于分析物质成分。【点 PPT】 由于电 子显微镜快速的发展和应用，促使生物学从细胞水平进入到分
12 分 钟 望远镜 子水平；且在纳米技术、材料技术和生命科学技术方面得到了 广泛的应用，发挥着不可忽视的作用。此图为百合花粉在电子 显微镜下的微观结构【指一下】 【点 PPT】通过显微镜的学习，我们知道利用两个凸透镜的组 合可以制成显微镜，那利用两个凸透镜的组合还可以制成另一 观测工具—— 望远镜，【点 PPT】望远镜依然是由靠近物体的 物镜【点 PPT】，和靠近眼睛的目镜组成。按照物镜的不同， 可以将望远镜大致分为三类【点 PPT】，第 1 类是折射望眼镜 【点 PPT】，用透镜做物镜；第 2 类是反射望远镜【点 PPT】， 由凹面反射镜做物镜；第 3 类是折反射望远镜【点 PPT】，在 球面反射镜的基础上再加入用于矫正像差的折射原件。在本节 课中我们研究的是折射望远镜【点 PPT】中的开普勒望远镜【点 PPT】，即物镜和目镜均由凸透镜组成。 【点 PPT】我们首先来了解开普勒望远镜的基本结构 【播放视频：开普勒望远镜的结构】 【小结】可见，开普勒望远镜也是由目镜和物镜构成的，且它 们都是凸透镜。 【说】那开普勒望远镜是怎样成像的呢？ 【播放视频：望远镜的成像原理】【配合解说】用望远镜观察 的物体一般都离我们比较远，都在物镜二倍焦距以外，经过物 镜的折射作用，形成一个倒立缩小的实像；这第一次成的像在 目镜的一倍焦距内， 目镜就成一个放大镜，把第一次所成的倒 立的实像进行放大。 【小结】即物体经过物镜成倒立缩小的实像【点 PPT】，再经 过目镜成正立放大的虚像【点 PPT】。 【说】同学可能会有这样的疑问，使用望远镜观测物体时，物 体离我们都很远，而物体的像又离我们很近，像距远小于物距， 根据前面学过的知识，我们知道，此时的像一定比物体小。那 么为什么使用望远镜观察物体时，会感到物体被放大了？
【点 PPT】原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛 所成的“视角 ”的大小十分重要。我们先来了解一下什么叫视 角，从眼睛的中心【点 PPT】向物体两端所引的两条直线的夹 角【点 PPT】。 【点 PPT】物体对眼睛所成的视角越大，它在视网膜上所成的 像就越大，人就会觉得物体更大、更清晰。 【问】请同学们思考，视角与什么因素有关？ 【答】同学说的非常好，我们可以依据视角的定义，对大小、 远近不同的物体做图，从而得出答案。 【点 PPT】当我们观察距离相同【手指 PPT】但大小不同的物 体时，做图【点 PPT】可知，大物体的视角大【点 PPT】，小物 体的视角小。 【点 PPT】物体大小一定时【点 PPT】，做图【点 PPT】可知， 看远处的物体【点 PPT】，视角小，看近处的物体视角大。 【点 PPT】观察远处较大的物体所成的视角与观察近处较小的 物体所成的视角相比，近处较小的物体视角大，这就是平时我 们说的近大远小的由来。 【点 PPT】所以视角的大小不仅与物体本身大小有关，还和物 体到眼睛的距离有关。 【说】物体对我们眼睛张开的视角变大，我们就看到这个物体 也变大了。【点 PPT】望远镜的作用是把远处的物体拉近，增 大了观测视角，使物体看起来变大了。 【小结】小结望远镜的成像特点：望远镜的物镜使远处的物体 成倒立缩小的实像【点 PPT】，相当于照相机【点 PPT】的镜头； 目镜的作用是使物体经过物镜所成的像，再经过目镜成（点一 下）正立放大的虚像，相当于（点一下）放大镜。通过物镜和 目镜的两次折射作用，相当于把物体拉近。增大了观测视角。 【点 PPT】我们在观察望远镜的结构时，发现物镜【点 PPT】 的直径【点 PPT】比眼睛的瞳孔要大的多，这一特点可以会聚
更多的光，使远处的物体所成的像更加明亮。 【点 PPT】这一结构在观测天空中的暗星时非常重要，现代天 文望远镜都力求把物镜的口径加大，以便观测到更暗的星。 【点 PPT】现在让我们自己制作一个模拟望远镜吧！ 【播放视频： 自制模拟望远镜】 【点 PPT】望远镜对宇宙的探索起到了巨大的作用，我们的宇 宙拥有上千亿颗星系，银河系只是这上千亿颗星系中的一个， 银河系异常巨大，一束光穿越银河系需要十万年的时间，太阳 不过是银河系中几千亿颗恒星中的一员，太阳周围有水星、金 星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星绕太阳 运行，地球在离太阳比较近的第三条轨道上，此外还有若干其 它天体绕太阳转动，这些天体的发现离不开望远镜。 【点 PPT】第一位将望远镜指向天空的人是意大利物理学家伽 利略，1609 年伽利略用自制的望远镜观察天体，以确凿的证据 支持了哥白尼的日心说，他还第一个观察到了木星的卫星，太 阳黑子和月球上的环形山， 【点 PPT】1846 年，科学家根据牛顿发现的万有引力定律，猜 想天王星外还存在一颗未知的行星，并计算出了这可行星的运 转轨道，不久，人们用望远镜在预测的位置发现了这颗行星， 将其命名为海王星，这一发现为万有引力定律提供了有力的支 持， 【点 PPT】1990 年，科学家把“哈勃 ”太空望远镜送入太空， 使人类观察宇宙的能力空前提高，除了光学望远镜外人们还发 明了其它观测太空的仪器，如射电望远镜，使人类对宇宙的了 解越来越深入。 【点 PPT】我国古代神话中有名叫千里眼的神仙，四川省广汉 市出土的三星堆遗址中就发现了我国古人对望远镜遐想的雕 塑，从眼睛中伸展出的部分可认为是望远镜的原始形态，反应 了我国古人对太空探索的渴望，
1 分 钟 课堂小结+ 布置作业 【点 PPT】郭守敬望远镜是一架我国自主创新设计、在技术上 非常有挑战性的大型光学望远镜，在多项技术上走在国际前 沿，成为世界上光谱获取率最高的望远镜。安放在国家观测台 兴隆观测基地。科研团队成员依托郭守敬望远镜发现了一颗奇 特的恒星和恒星级黑洞。 【点 PPT】被称为“ 中国天眼 ”的 500 米口径球面射电望远镜 位于贵州省，由我国天文学家南仁东先生于 1994 年提出构想， 历时 22 年建成，于 2016 年启用。是世界最大单口径、最灵敏 的射电望远镜。通过 500 米口径球面射电望远镜已发现并认证 的脉冲星达到 114 颗，为宇宙的探索做出了巨大的贡献。 【点 PPT】这节课我们学习了显微镜和望远镜， 它们都是由两组凸透镜，物镜和目镜组成的， 显微镜观察近处的物体，物距在物镜的一倍焦距和二倍焦距之 间，成倒立放大的像，作用是放大物体。 望远镜观察远处的物体，物距在物镜的二倍焦距以外，成倒立 缩小的像，作用是把远处的物体与眼睛的距离拉近，增大视角。 显微镜和望远镜的目镜都起放大镜的作用。 【点 PPT】课后作业第一项，完成“学生资源 ”里的课后练习。 第二项，自制简易显微镜和简易望远镜；并收集人类探索宇宙 历程的资料， 自拟题目就你喜欢的相关问题写一篇科学小短 文。