人教版 初中物理 八年级上册 第五章 透镜及其应用 5.5 跨学科实践：制作望远镜 学案（含答案）

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【学习目标】
1. 了解望远镜的发展历程。
2. 了解望远镜的基本原理。
3. 设计一个望远镜，能够用它观察校园内远处的物体。
4. 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。
【自主学习】
一、望远镜的原理
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(图5.5-2)。
物镜的作用：使远处的物体在焦点附近成实像。
目镜的作用：相当于放大镜，用来把这个像放大。
两组凸透镜的组合望远镜也叫开普勒望远镜。
二、视角
我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”(图5.5-3)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
视角：视线与显示器等的垂直方向所成的角度，观察物体时，从物体两端(上、下或左、右)引出的光线在人眼光心处所成的夹角。物体的尺寸越小，离观察者越远，则视角越小。正常眼能区分物体上的两个点的最小视角约为1分。
三、制作简易望远镜
（1）确定望远镜的放大倍率（物镜的焦距与目镜的焦距之比）；（2）准备购买装备；
（3）测量购买透镜的焦距；（4）测量透镜直径；（5）设计镜筒；（6）制作望远镜镜筒；（7）试用与调整。
四、显微镜
显微镜的结构
物镜：物镜成像与投影仪一样，使物体成倒立、放大的实像；
目镜：目镜成像与放大镜一样，成正立、放大的虚像。
载物台：承载被观察物体。
反光镜：一面是平面镜（在光线强时用），一面是凹面镜（在光线弱时用，会聚光线。）
注意：此时物体通过整个显微镜所成的像是：倒立、放大的虚像。
显微镜的放大倍数：微小的物体通过显微镜后被两次放大，因此，显微镜的放大倍数=物镜的放大倍数×目镜的放大倍数。
【例1】当下，一款生存类游戏风靡网络，网友戏称为“吃鸡”。如图甲是狙击手通过高倍望远镜观察到的画面。关于望远镜（如图乙），说法正确的是（　　）
A．它的物镜是凸透镜，目镜是凹透镜
B．它的目镜能用来矫正近视眼
C．夜晚用望远镜观察星空，能看到放大的像
D．它的物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像
【例2】2014年最为特别的天象之一﹣﹣“超级月亮”出现于8月11日凌晨，它比正常时的月亮要大百分之二十，亮度也有所增加，某天文爱好者为了研究这一现象，于是架设一台天文望远镜做进一步观察，关于该望远镜，下列说法正确的是（　　）
A．它的物镜和显微镜的物镜作用相同
B．它的物镜相当于放大镜，用来把像放大
C．它的物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成虚像
D．它由两组透镜组成，靠近眼睛的为目镜，靠近被观测物体的为物镜
【例3】如图所示是显微镜的结构，下列说法不正确的是（ 　　）
A．物镜是凸透镜
B．目镜是凹透镜
C．物体经物镜成倒立的实像
D．物体经目镜成正立的虚像
【例4】关于下列四幅图的说法，其中正确的是（　　）
A．图甲：近视眼看远处的物体，成像在视网膜前，用凸透镜矫正
B．图乙：远视眼看近处的物体，成像在视网膜后，用凹透镜矫正
C．图丙：显微镜的物镜相当于照相机的镜头，目镜相当于放大镜
D．图丁：望远镜的物镜相当于照相机的镜头，目镜相当于放大镜.
【例5】如图所示，是某光学元件的成像光路图，下面叙述中正确的是（　　）
A．该光学元件是望远镜
B．右边是物镜，左边是目镜
C．使物镜靠近物体，目镜远离物镜一些成像更大
D．使物镜位置不变，目镜靠近物镜一些成像更大
【课后巩固】
1．天文爱好者所使用的望远镜如图所示。以下判断正确的是（　　）
A．A镜是目镜
B．B镜是物镜
C．由于没有光屏，太空中的星体通过A镜成的是虚像
D．太空中的星体通过A镜成的像是倒立缩小的实像
2．如图甲所示是福建的天文爱好者颜明哲通过纯手工打磨镜片自制的望远镜，该望远镜不仅可以看到8亿公里外的木星，甚至能清晰地看到木星表面的斑纹，图乙是该望远镜内部结构及光路示意图。下列关于该自制望远镜的说法正确的是（　　）
A．颜明哲通过纯手工磨制的镜片是凹透镜
B．看到8亿公里外的木星只利用了光沿直线传播
C．清晰看到木星表面的斑纹时物镜的成像原理与照相机相同
D．木星到物镜的距离u满足（f为物镜的焦距）
3．首次把望远镜指向太空的科学家是（　　）
A．牛顿 B．伽利略 C．阿基米德 D．爱迪生
4．人类制造的一种望远镜，能使人类观测宇宙的能力空前提高，它是
A．伽利略望远镜
B．开普勒望远镜
C．显微镜
D．哈勃空间望远镜
5．我国在2024年将会发生两次日月食，第二次预计在2024年9月2日，发生日全食和月偏食。每次月全食都会有很多天文爱好者使用望远镜欣赏，还有人用摄像头记录下整个过程，对于以下说法正确的是（　　）
A．望远镜的物镜相当于投影仪 B．通过摄像头所成的像是正立、放大的
C．通过望远镜的物镜成倒立缩小的实像 D．月亮在摄像机镜头的二倍焦距之内
6．世梁同学取两个焦距不同的放大镜，一只手握住一个，调整两个放大镜间的距离，可以看清远处的广州塔。以下说法错误的是（ ）
A．靠近眼睛的镜片，对光线有会聚作用
B．远处的镜片，成的是正立放大像
C．靠近眼睛的镜片，其作用相当于一个放大镜
D．远处的镜片，直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样可以会聚更多的光
7．“墨子巡天”指的是我国于2023年9月17日正式启用的“大视场巡天望远镜”。它是截止目前全球唯一的大口径兼大视场光学时域巡天望远镜。关于天文望远镜，下列说法正确的是（　　）
A．它的物镜和显微镜的物镜作用相同
B．它的物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成虚像
C．它的目镜相当于一个放大镜，用来把像放大
D．它的物镜相当于放大镜，用来把物体放大
8．下列关于显微镜和望远镜说法中错误的是（　　）
A．显微镜的物镜相当于投影仪，目镜相当于放大镜
B．显微镜的物镜相当于照相机，目镜相当于放大镜
C．望远镜的物镜相当于照相机，目镜相当于放大镜
D．望远镜的物镜相当于是凸透镜，目镜也相当于是凸透镜
9．如图是简易天文望远镜内部结构。远处的物体经过物镜成一个 、 （分别填写“倒立”“正立”与“放大”“等大”“缩小”）的实像，这个实像经过目镜成一个正立 像（选填“虚”或“实”）。如果你想制作简易天文望远镜，没有现成的透镜，可以选用合适的 （选填“近视”或“远视”）镜片来代替。
10．如图表示一种光学仪器的成像原理，这种仪器是 （选填“望远镜”或“显微镜”），目镜的作用相当于 （选填“放大镜”或“投影仪”）。
11．如图所示是实验室常用的显微镜，它的目镜和物镜都是 （选填“凸透镜”或“凹透镜”），对光有 （选填“会聚”或“发散”）作用；观察微小物体时，被观察物体的光经过物镜成一个 、放大的实像，这个像刚好在目镜的一倍焦距以内，相当于一个 （选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）。
12．小华利用水滴、放大镜、平面镜、透明玻璃杯和可调支架等制作了一台“水滴显微镜”（如图甲）。调节支架高度，适当调整标本、水滴和放大镜三者之间的距离实现了与图乙所示光学显微镜相似的成像效果。
（1）水滴相当于显微镜的 （选填“目镜”或“物镜”），标本经过水滴成 （选填“正立”或“倒立”）、放大的 （选填“实”或“虚”）像；
（2）若要让标本放大倍数更高，可以使水滴适当 （选填“靠近”或“远离”）标本。
13．中国天眼
从1609年，伽利略制作出第一架光学望远镜到射电望远镜诞生的三百多年里，光学望远镜一直是天文观测的重要工具．世界上最大的单口径、最灵敏的射电望远镜——500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope简称FAST），如图所示，被誉为“中国天眼”，是我国天文学家南仁东带领他的研究团队于2016年9月25门建成的．相比德国波恩100米望远镜，FAST灵敏度提高约10倍；相比美国阿雷西博350米望远镜，综合性能提高约10倍．FAST将在未来20～30年保持世界一流地位．
FAST的最大特点是索网结构可随天体的移动自动变化，带动索网上的反射面板产生变化．FAST是使用一种称为“漂移扫描”的方式来进行观测的．所谓的“漂移扫描”和“守株待兔”的思路相类似，就是望远镜不动，固定的指向天顶，等着天体自己运动到望远镜的视野里面．
2017年10月10日，中国科学院国家天文台宣布，FAST经过一年紧张调试，探测到数十个优质脉冲星候选体，目前已通过系统认证的脉冲星达6颗．其中两颗脉冲星的具体信息为：一颗自转周期为1.83秒，距离地球约1.6万光年；另一颗自转周期为0.59秒，距离地球约4100光年．对脉冲星的观察、研究对揭示宇宙诞生和演变的奥秘具有重要意义．
根据上述材料，回答下列问题：
（1）世界上最大的单口径、最灵敏的 望远镜，被誉为“中国天眼”；
（2）FAST的最大特点是索网结构可随天体的移动自动变化，带动索网上的 产生变化；
（3）光年是 的单位；
（4）“中国天眼”能“扫描”到微弱的射电波，是因为球形反射面对射电波有 作用．（选填“会聚”或“发散”）
14．如图1所示，我国首个大型巡天空间望远镜目前正在研制，按照中国载人航天工程计划，该望远镜预计于2024年投入科学运行。

【巡天空间望远镜与中国天眼（FAST）】
中国天眼（FAST）是射电望远镜，它接收来自宇宙天体的微弱无线电波，传给后端计算机记录。由于无线电波可穿透宇宙空间，射电望远镜不太会受光照和气候的影响，可以全天候工作。巡天空间望远镜则是光学望远镜，捕捉的是近紫外至可见光波段，通过组成望远镜的直径大、焦距长的物镜和直径小、焦距短的目镜，实现远距离物体近处成像。
请阅读上述短文，回答下列问题：
（1）地面望远镜容易受到地球大气的影响，会使星光在观测路径中发生光的 ，形成所谓的“大气像差”；
（2）巡天空间望远镜属于 （选填“射电”、“光学”）望远镜，在观测宇宙时，物镜所成的像是 立、缩小的 像；
（3）如图2所示，巡天空间望远镜在维修升级时，与“天宫”空间站交会对接。该过程中，巡天空间望远镜与空间站是相对 的；
（4）目前，人类观测到的最远的天体距离我们约130亿光年。光年是 （选填“长度”、“时间”）计量单位，也就是说，如果有一束光以的速度从这个天体发出，那么要经过约 年才能到达地球。
（5）如图3所示，“四周特别黑，深不见底的黑，万丈深渊都不足以形容。”这是我国宇航员刘洋在太空中生活的一句评价。请你从物理的角度解释“黑”的原因： 。
1．项目化学习小组从实验室找到几只透镜准备自制一只望远镜。
（1）如图甲所示，将某透镜放在点光源与光屏中间，此时屏上呈现一个比透镜尺寸大的圆形光斑，将光源向 （左/右）移动，若观察到 现象，则该透镜为凸透镜；
（2）选出一对焦距合适的凸透镜作为物镜和目镜，按照如图乙所示方法组装成一只望远镜。小明用望远镜观察天空星星时发现镜中视野范围较小，很难找到目标，为此，他用两块相同的带开口的挡板制作了一个寻星装置，安装在望远镜套筒上后，借助挡板能快捷寻找目标（图丙所示），并将目标锁定在望远镜视野中，下列设计的各挡板中最适合的是 ；
（3）小明用该望远镜看远处物体时，发现像与物相比较上下、左右都颠倒了，为使看到的像与物相比不失真，老师建议他将望远镜设计成物镜与目镜不共轴、中部为空腔的形状（图丁所示），再利用几片小平面镜，安装到中部空腔内以改变光路，可以满足要求。
小明按照图戊所示方法，将两块平面镜彼此平行安装在空腔中，你认为这样制作能够达到要求吗？如果能请说明理由；如果不能，请保留图上可取的设计，对无用的设计打“×”，并补上接下来的设计（只需补上一步即可） ，且至少需要 块平面镜。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【自主学习】
【例1】D
【例2】D
【例3】B
【例4】D
【例5】C
【课后巩固】
基础练习
1. D
2. C
3. B
4. D
5. C
6. B
7. C
8. B
9. 倒立，缩小，虚，远视
10. 望远镜、放大镜
11. 凸透镜，会聚，倒立，投影仪
12. （1）物镜、倒立、实；（2）靠近；
13. （1）射电；（2）反射面板；（3）长度；（4）会聚
能力提升
1. （1）左，圆形光斑变小；（2）D；（2）不能，4
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