《2025年新课程学习与测评同步学习八年级物理上册人教版》

第5节 跨学科实践：制作望远镜
1.了解望远镜的基本原理

- (1)望远镜的结构：有一种望远镜是由两组凸透镜组成的(如图5-5-1甲),靠近眼睛的叫作____,靠近被观测物体的叫作____。
- (2)望远镜成像原理：物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成____(填“实”或“虚”)像,目镜的作用相当于一个____,用来把这个____像放大。
- (3)视角：物体对眼睛所成视角(如图5-5-1乙)的大小不仅和____有关,还和____有关。物体离眼睛越近,视角就越____(填“大”或“小”),这就是物体看起来近大远小的原因。用望远镜观察物体时,物镜成____(填“放大”或“缩小”)的像,但像离眼睛较近,加上目镜的放大作用,视角变得很____(填“大”或“小”),所以会感到物体被放大了。
- (4)放大倍率：望远镜的放大倍率M等于物镜焦距f₍物₎同目镜焦距f₍目₎之比,即M= $\frac{f_{物}}{f_{目}}$。物镜的焦距越____,目镜的焦距越____,望远镜的放大倍率就会越大。一般来说,目镜的焦距不能太短,否则会产生严重的像差。物镜的焦距也不能太长,否则在望远镜里看到的景物范围太窄小。一般以3~12倍为宜,倍数过大时,成像清晰度就会变差,同时抖动严重。超过12倍的望远镜一般使用三角架等方式加以固定。
- (5)相对口径：口径D与物镜的焦距f₍物₎的比,即A= $\frac{D}{f_{物}}$。相对口径越大,望远镜的聚光本领就越强,在望远镜里看到的天体就越明亮。
- (6)视场：在望远镜里看到的景物范围。对同一架望远镜来说,视场同物镜的焦距有关,一般来说,物镜的焦距越大,放大率就越大,但视场会越小,看到的景物范围就越小。
2.设计简易望远镜
- (1)确定望远镜的放大倍率：自制的望远镜可以采用单片的凸透镜作为目镜和物镜。为了让成像质量好一些,其放大倍率不宜过大,取放大倍率为____倍即可。
- (2)选择物镜和目镜：根据放大倍率的要求,选择适当焦距的凸透镜分别作为物镜和目镜。在选择两块凸透镜时,应选择焦距较____、直径较____的凸透镜作为物镜,焦距较____、直径较____的凸透镜作为目镜。测量凸透镜的直径,以便制作直径合适的镜筒。

- (3)设计镜筒：在用望远镜对不同远近的物体进行观察时,需要调节两块凸透镜间的距离。观察最远处的物体时,两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜的____；观察较近处的物体时,两块凸透镜间的距离要稍____一些。如图5-5-2所示,为便于调节,整个镜筒做成两节,一节是物镜镜筒,一节是目镜镜筒。物镜镜筒的直径约等于物镜的直径,物镜镜筒的长度约等于物镜的焦距。目镜镜筒的直径等于目镜的直径,目镜镜筒的长度比目镜焦距长50~80mm。目镜镜筒的外径等于物镜镜筒的内径,使得目镜镜筒既能插入物镜镜筒,又能贴得比较紧,便于前后调节。
3.制作及调试望远镜
- (1)所需器材：两块直径、焦距不同的凸透镜、黄板纸、牛皮纸、半透明纸、胶水、美工刀、剪刀、直尺、墨汁、芯柱等。
- (2)物镜镜筒的制作：用长度稍长于物镜焦距、直径约等于物镜直径的圆管做芯柱。物镜镜筒用黄板纸条卷绕两三层制作。先把黄板纸切成70~80mm宽的纸条。把做最里层的黄板纸条一面涂上墨,等墨干透后再制作镜筒。卷绕第一层注意使墨面朝里(以消除杂散光),并要求纸条一圈紧挨一圈,不能有间隙,也不能重叠。在镜筒的两端和纸条的接头处,要用涂有胶水的牛皮纸固定好。第一层卷好后,在外面涂上胶水,然后卷绕第二层。注意第二层的卷绕方向和第一层相反。依次类推一般卷三层黄板纸就足够了,在镜筒的最外面糊上一层牛皮纸。镜筒卷好后稍晾一会把芯柱抽出,然后将其竖直放在室内晾干。镜筒卷得要稍长一些,卷好晾干后再用锋利的美工刀截成需要的长度。
- (3)目镜镜筒的制作：用一根直径约等于目镜的圆管做芯柱,目镜镜筒的卷绕方法与物镜镜筒基本相同,要注意使目镜镜筒的外径约等于物镜镜筒的内径。当目镜镜筒外径卷绕到已经接近物镜镜筒内径时,通过糊牛皮纸来逐渐达到要求。
- (4)镜片的安装：为了把镜片定位,可在镜片上加套筒。此外,在目镜镜筒的末端,加一段卷纸,以免目镜镜筒滑进物镜镜筒。安装镜片时要使物镜和目镜的光轴和镜筒的中心线重合,这是制作望远镜的一个难点。
①安装物镜：把初步装上物镜的物镜镜筒对着远处的灯光,在物镜镜筒上没有物镜的一端蒙上一层半透明纸,使远处灯光通过物镜成像在半透明的纸中央。然后不改变物镜镜筒的放置方向,转动镜筒,如果远处灯光的像始终落在半透明纸的中央,说明物镜的主光轴落在镜筒的中心线上,此时就可以把物镜固定下来,否则需要适当调整物镜位置,直到符合要求为止。
②安装目镜：物镜调整好之后,就把物镜镜筒的半透明纸撕掉,把初步装上目镜的目镜镜筒插入物镜镜筒内；将整架望远镜仍然对准远处灯光,并用眼睛观测,前后调节目镜镜筒的位置,使远处灯光落在望远镜看到的视场中央,然后保持物镜镜筒不动,只转动目镜镜筒,若远处灯光始终在视场中央,则说明目镜的主光轴落在镜筒的中心线上,此时可以把目镜固定下来。
这样,一架简易的望远镜就做成了。
- (5)试用与调整：通过望远镜观察远处的物体。在观察时要通过对镜筒长度的调节,改变物镜与目镜间的距离,直到在望远镜中看到远处物体清晰的像为止。
4.反思与拓展
- (1)把两个凸透镜组合起来使用,先看远处的物体,调整两个凸透镜的距离,你看到了什么？再调整两个凸透镜间的距离看近处的物体？你又看到了什么？
- (2)使用两块凸透镜制作的望远镜,用其观察到的远处物体的像是倒立的,怎样才能通过望远镜看到正立的像呢？
①改进方案一：____,进行制作和调节。
②改进方案二：____,进行制作和调节。
③改进方案三：观察如图5-5-3所示的光路图可知,可以____,进行制作和调节。

- (3)伽利略望远镜和开普勒望远镜的成像原理如图5-5-4所示。伽利略望远镜的镜筒较短,结构简单,但视野较小；开普勒望远镜的镜筒较长,视野较宽,放大倍数更大。

①这两种望远镜都是____(填“反射式”或“折射式”)望远镜,光束进入物镜并被折射时,由于透镜对不同色光的偏折程度不同,因此成像的焦点____(填“不同”或“相同”),导致成像模糊,在明亮物体周围产生“假色”。
②这两种望远镜的结构不同,伽利略望远镜的物镜是凸透镜,目镜是____(填“凹透镜”或“凸透镜”),焦点在目镜之____(填“前”或“后”)；开普勒望远镜的物镜和目镜都是凸透镜,焦点在目镜之____(填“前”或“后”)。
③这两种望远镜的成像特点不同,伽利略望远镜成____(填“正立”或“倒立”)的虚像,物镜和目镜之间____(填“存在”或“不存在”)实像；开普勒望远镜成____(填“正立”或“倒立”)的虚像,物镜和目镜之间____(填“存在”或“不存在”)实像。

答案： 1.
(1)目镜 物镜
(2)实 放大镜 实
(3)物体本身大小 物体到眼睛的距离 大 缩小 大
(4)大 小 2.
(1)2～3
(2)大 大 小 小
(3)焦距之和 大
4.
(1)把两个凸透镜组合起来使用,先看远处的物体,可以作为望远镜,看近处的物体,可以作为显微镜。把两个凸透镜组合起来使用,看远处的物体时,物镜使远处的物体成倒立缩小的实像,成在目镜的焦距以内,目镜使像再次成正立放大的虚像——望远镜原理;看近处的物体,物镜使物体成倒立放大的实像,像在目镜焦距以内,目镜使像再成正立放大的虚像——显微镜原理。
(2)(答案合理即可)①在两块透镜之间加上一个倒置棱镜 ②用一个反射镜取代物镜 ③把目镜换成凹透镜
(3)①折射式 不同 ②凹透镜 后 前 ③正立 不存在 倒立 存在