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A

A
物镜所成的实像没有在目镜一倍焦距内
将目镜更换为凹透镜

圆形光斑变小
C
【分析】
我们可以结合望远镜的成像逻辑一步步推导:首先明确开普勒望远镜的选型要求,目镜需要焦距更短才能起到更好的放大作用,所以优先选焦距更小的凸透镜做目镜;接着回忆凸透镜成像规律,观察极远处物体时,物距极大,物镜成的实像位置会非常靠近物镜的焦点,因此两块透镜的间距要调小;再结合开普勒望远镜的成像特点,最终成的是倒立的虚像,对应月球的像就是倒立的版本;然后回忆放大镜的使用条件,目镜本质是放大镜,必须让物镜成的实像落在目镜一倍焦距内才能看到放大的虚像,两镜距离太远就会让实像落到目镜一倍焦距外,无法观察到像;最后想要得到正立的远处物体的像,伽利略望远镜的结构就是凸透镜做物镜、凹透镜做目镜,最终成正立虚像,对应调整方案即可。
【解析】
(1)天文望远镜的目镜需要焦距更短,放大效果更明显,因此选择凸透镜A作为目镜,焦距更长的凸透镜作为物镜。
(3)观察较远处物体时,物距远大于物镜的2倍焦距,根据凸透镜成像规律,此时物镜成的实像的像距非常接近物镜的一倍焦距,相比观察近物时的像距更小,因此两块凸透镜间的距离要稍小一些。
(4)开普勒望远镜的物镜成倒立缩小的实像,目镜将这个实像放大,最终成倒立的虚像,因此看到的月球像是倒立的,对应选项A。
(5)目镜的作用等效为放大镜,只有待放大的实像处于目镜的一倍焦距以内时,才能通过目镜观察到放大的虚像。若物镜和目镜的距离太远,物镜所成的实像就会落在目镜的一倍焦距之外,无法通过目镜看到对应的像。
(6)伽利略望远镜采用凸透镜做物镜、凹透镜做目镜,最终可以成正立的虚像,因此优化方案是将目镜更换为凹透镜。
【答案】
(1)A;(3)小;(4)A;(5)物镜所成的实像没有在目镜一倍焦距内;(6)将目镜更换为凹透镜
【知识点】
望远镜成像原理、凸透镜成像规律、放大镜成像条件
【点评】
本题结合自制天文望远镜的跨学科实践场景命题,将凸透镜成像的知识点融入实际操作问题中,既考察了基础理论的记忆,也要求学生能结合实际操作场景分析故障原因、提出优化方案,能很好地锻炼知识迁移应用的能力。
【难度系数】
0.6
【分析】
我们先梳理这道题的解题思路:
第(1)问要区分凸透镜和凹透镜,首先回忆两类透镜的光学特性:凸透镜对光线有会聚作用,凹透镜对光线有发散作用。当前光屏上的光斑比透镜大,两种透镜都能形成该现象:凸透镜会聚光线后,光线继续向外发散就会得到比透镜大的光斑;凹透镜直接发散光线也会得到比透镜大的光斑。接下来我们要通过移动光源的现象区分二者:如果把光源向左(远离透镜)移动,凸透镜的物距变大,根据物远像近的规律,实像位置向透镜方向移动,光屏上的光斑就会变小;而凹透镜始终发散光线,移动光源时光斑只会变大,不会出现变小的情况,由此就能判断出透镜是凸透镜。
第(2)问的寻星装置利用光沿直线传播的原理,需要两个挡板的开口配合,只有当目标同时穿过两个挡板的开口时,目标才会刚好落在望远镜的视野内,对比不同挡板设计,只有C的布局能实现快速对齐瞄准的功能,帮助使用者快速锁定目标。
【解析】
(1) 凸透镜对光线有会聚作用,凹透镜对光线有发散作用。初始状态光屏上的圆形光斑大于透镜尺寸,两类透镜都可形成该现象。将点光源向远离透镜的左侧移动:若为凸透镜,点光源发出的光经透镜会聚形成实像,物距增大时像距减小,光屏上的光斑会随实像向光屏靠近而逐渐变小;若为凹透镜,光线始终处于发散状态,移动光源时光斑只会增大。因此若观察到圆形光斑变小,即可证明该透镜为凸透镜。
(2) 寻星装置利用光的直线传播原理,需要两个挡板的开口配合,只有当观测目标同时穿过两个挡板的开口时,目标才会落在望远镜的视野范围内,C选项的挡板开口布局最适合实现快速对齐瞄准的功能,因此选C。
【答案】
(1) 左 圆形光斑变小 (2) C
【知识点】
凸透镜会聚作用,凹透镜发散作用,光的直线传播
【点评】
本题结合自制望远镜的项目化学习场景命题,跳出了常规透镜辨别的死记硬背考法,侧重考查学生利用透镜光学特性自主设计实验区分透镜的能力,第二问结合实际寻星的应用场景考察知识落地运用,对学生的实践思维有一定引导作用。
【难度系数】
0.6