初中物理人教版八年级上册第3节 凸透镜成像的规律教案

这是一份初中物理人教版八年级上册第3节 凸透镜成像的规律教案，共20页。教案主要包含了基本概念，实验探究，像的虚实，游戏法记忆法，口诀记忆法，实际应用法，辅助线记忆法，实验探究法等内容，欢迎下载使用。
知识与技能
1．知道实像和虚像的概念。
2．知道物距与像距的意义。
3．理解凸透镜成像的规律。
过程与方法
1．通过观察与实验收集凸透镜成像规律有关数据。
2．学会对数据进行分析与论证，最后得出结论。
3．培养学生从物理现象中归纳出物理规律的能力。
情感、态度与价值观
1．培养学生交流合作，评价探究结果的初步能力。
2．具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，勇于探究日常用品中的物理学原理。
3．乐于参与观察，实验，制作的科学实践。
教学重点
1．知道凸透镜的成像规律。
2．培养学生的科学探究能力。
教学难点
1．根据实验数据，分析归纳凸透镜成像的规律。
2．实像与虚像的区别。
教学方法
探究法、讨论法、实验法、观察法。
课时安排
1课时
教学准备
光具座、光具座附件、蜡烛、火柴、凸透镜、凸透镜成像原理的课件。
eq \(\s\up7(),\s\d5(教学过程))
导入新课
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(问题导入))
问题1：凸透镜的光学性质是什么？如图的光路(视频展示)，对你有何启示？

点评：会聚光线。不同的凸透镜会聚光的能力不一样，透镜焦距越短，表示它的折光能力越强。
问题2：平行于凸透镜主光轴的入射光经凸透镜折射后将怎样折射？通过凸透镜焦点的入射光经凸透镜折射后将怎样折射？通过光心的呢？
说明：运用多媒体技术制作动画，上述光路图中的内容根据提问次序及讲解过程逐个添加展示。
问题3：考察光路图你有什么发现？
点评：同一个发光点发出的不同方向的光经凸透镜折射后相交于同一点。
问题4：若在该点所在位置放一个光屏，光屏上就会出现一个亮点吗？为什么？
点评：会，因为确实有光射到这一点。这就是发光点的像。
展示课题导入新课。
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(情景导入))
情景一：玩小水珠。把透明胶片放到课本上面，用手指在透明胶片上滴一个水珠，观察小水珠下面的字。揭秘“小水珠”并进行设问：
问题：你玩过凸透镜吗？能介绍一下你以前是怎么玩的吗？还有别的玩法吗？
情景二：演示：用投影仪把细小的灯丝投影在天花板(墙壁)上。让学生观察灯丝的像与灯丝相比怎样？
演示：灯丝开口向下，在像上开口怎样？
演示：灯丝开口向上，在像上开口又怎样？成什么样的像？
问题：如何区别像的正立、倒立？什么情况像明亮、清晰？
问题：怎样区别实像和虚像？像与原物相比有什么特点？
问题：像的放大、缩小是什么意思？
点评：实像是由实际光线会聚而成的像，能用光屏承接；虚像不是由实际光线会聚而形成的，无法用光屏承接。
像的正立、倒立是指像的上下位置，与物体的上下位置比较是否颠倒。
“放大”“缩小”指像与物比较的结果。
“变大”“变小”指像本身的变化情况。
问题：什么是物距、像距？
点评：灯丝到凸透镜的距离叫物距；像到凸透镜的距离叫像距。
问题引导：使用凸透镜产生这么多的现象，所成的像有哪些特点？成像的条件是什么呢？能猜想一下吗？
凸透镜所成的像可能与物体的位置有关，我们这节课就用实验来探究凸透镜成像的规律。
设计意图：贴近学生的心理需求及生活实际提出问题，激起学生的探究欲。让学生从生活走向物理。
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(活动引入))
活动1：感受像的多样性
说明：回顾与再现——播放多媒体，动画辅助
1．小孔成像情景
2．平面镜成像情景
3．通过凸透镜观察邮票的情景
说明：展示与引入——实物直观
1．照相机——胶卷底片上的像
2．投影仪——屏幕上的像
活动2：感知凸透镜成像
说明：实践与体验——自主活动
1．在光屏上寻找清晰的像
2．描述你所观察到的像
3．教师根据巡视中发现的典型问题作点评指导。例如：像不能呈现在光屏中央，须强调实验前调节的必要性及调节的方法。
活动3：关注凸透镜成像
1．每个实验小组，分别在光屏上寻找放大和缩小的清晰像，并关注蜡烛、光屏到透镜的距离。
2．请大家议一议：成放大或缩小的像可能与哪些因素有关？
推进新课
一、基本概念

1．主光轴：过透镜两个球面球心的直线，用CC′表示。
2．光心：通常位于透镜的几何中心，用“O”表示。
3．焦点：凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫做焦点，用F表示。
4．焦距：焦点到光心的距离叫做焦距，用f表示。
5．物距：物体到凸透镜的距离叫做物距，用u表示。
6．像距：像到凸透镜的距离叫做像距，用v表示。
7．实像：由实际光线会聚而成，能在光屏上呈现的像是实像。
8．虚像：不是由实际光线会聚而成，而是由光线的反向延长线相交而成，不能在光屏上呈现的像是虚像。
二、实验探究
器材：光具座、光具座附件、蜡烛、火柴、凸透镜
说明：摆放顺序可以从左到右依次为蜡烛、凸透镜、光屏，也可从右到左依次为蜡烛、凸透镜、光屏。
使蜡烛、凸透镜、光屏放在同一直线上。
调整它们的高度，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度。
固定凸透镜，移动蜡烛和光屏进行观察实验。
固定蜡烛，移动凸透镜、光屏进行观察实验。
问题：根据设计方案需要记录哪些物理量及像的哪些特点？
启发学生明确要记录：物距、像距；像的性质(放大、缩小，倒立、正立，虚、实)……
强调注意事项及实验步骤：
a．将凸透镜固定在光具座的中央，蜡烛和光屏在凸透镜的两侧，使烛焰、透镜、光屏的中心在同一高度
b．将蜡烛放在离凸透镜的距离尽量远的位置，点燃蜡烛
c．移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像为止
d．记录下蜡烛到凸透镜的距离、像到凸透镜的距离、像的大小和倒正
e．将蜡烛向凸透镜移近一段距离，重复上述操作，直到不能在屏上得到烛焰的像
f．继续把蜡烛向凸透镜靠近，试着用眼睛观察像在何处，像是怎样的？
进行实验与收集证据：
探究一：在光屏上找到物体完整清晰的实像。
教师巡回指导：引导、启发、点拨或发提示卡片并提示学生。
请学生代表讲解找到清晰完整像的方法。
①物体、凸透镜、光屏三者中心在同一高度；②光屏上的像最亮最清晰时，光屏所在位置就是像所在位置。
学生总结：光屏上可以找到倒立、缩小实像和倒立、放大实像。
探究二：探究凸透镜成倒立、放大实像和倒立、缩小实像的规律。
记录实验数据，得出凸透镜成像的初步规律。
1.
当u＞2f时，成倒立、缩小的实像，此时，f＜v＜2f。
2.
当u＝2f时，成倒立、等大的实像，此时，v＝2f。此点为成实像大小的分界点。
3.
当f＜u＜2f时，成倒立、放大的实像，此时，v＞2f。
4.
当u＝f时，不成像。此点为成像虚实的分界点。
5.
当u＜f时，成正立、放大的虚像。
说明：教师应准备小组实验活动建议卡片，谁遇到疑难问题或不能继续进行时可向教师要卡片，按提示继续实验。
实验表格
分析论证：
根据成像的情况，对数据进行分类
一、像的正倒
二、像的大小
三、像的虚实
问题思考：
1．像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像，什么条件下成虚像？
2．像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的像，在什么条件下成放大的像？有没有缩小的虚像？
3．像的倒正：凸透镜所成的像有没有正立的实像？有没有倒立的虚像？成实像时，物像在透镜的什么位置？虚像呢？
4．像的放大与缩小的条件：凸透镜成放大实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？
5．像的大小变化：当物体成实像时，物体逐渐靠近透镜时，像距是变大了还是变小了？像是变大了还是变小了？当物体成虚像时，物体逐渐靠近透镜，像是变大了还是变小了？
6．实像和虚像有什么不同？
学生交流讨论：
1．焦点是成实像和虚像的分界点，物体在焦点以外成实像，焦点以内成虚像。即一倍焦距内外分虚实。
2．二倍焦距是成放大和缩小像的分界点。物体在二倍焦距以外成缩小像，在二倍焦距以内成放大像。二倍焦距内外分大小。
3．实像必异侧倒立，虚像必同侧正立。
4．u＞v，像是缩小的，u＜v，像是放大的。
5．成实像时，物体距离透镜越近，像距离透镜越远，像越大；物体距离透镜越远，像距离透镜越近，像越小。即成实像时，物近像远且大，物远像近且小。成虚像时，物体距离透镜越近，像越小，物体距离透镜越远，像越大。即成虚像时，物近像小，物远像大。物体越靠近焦点像越大。
6．实像是实际光线的交点，可以在光屏上呈现，虚像是光线的反向延长线的交点，不能在光屏上呈现。实像可以是缩小的，也可以是放大的，虚像一定是放大的。
归纳小结：倒立、缩小的像u＞2f
倒立、放大的像2f＞u＞f
正立、放大的像u＜f
实像u＞f；虚像u＜f
实像时，物距小，像距大，像也大。
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(同步训练))
1．凸透镜所成实像一定是( )。
A．像比物大 B．像比物小
C．像与物位于凸透镜两侧 D．像总是正立的
答案：C
2．凸透镜前25 cm处的物体沿主轴靠近透镜时，其所成的倒立、放大的实像将( )。
A．由实变虚 B．由虚变实
C．由大变小 D．不发生变化
答案：A
3．在研究凸透镜成像的实验中，点燃蜡烛后，无论怎样移动光屏，在光屏上都不能形成烛焰的像，其原因可能是( )。
A．蜡烛放在了凸透镜的二倍焦距以外B．蜡烛放在了凸透镜的二倍焦距处
C．蜡烛放在了凸透镜的焦距以外D．蜡烛放在了凸透镜的焦距以内
答案：D
4．有四种不同焦距的凸透镜，如果要使在距凸透镜15 cm的物体在光屏上得到放大的像，那么凸透镜的焦距应为( )。
A．5 cm B．10 cm
C．15 cm D．30 cm
答案：B
5．若一物体从距凸透镜3倍焦距的地方，沿主光轴移到1.5 cm焦距的地方，则( )。
A．像距变小，像变小 B．像距不变，像不变
C．像距变大，像变大 D．像距变大，像不变
答案：C
6．一滴水在水平放着的塑料贺卡的字上，人看到水滴下面的字是( )。
A．等大的实像 B．等大的虚像
C．缩小的实像 D．放大的虚像
答案：D
7．关于凸透镜成像，下列说法正确的是( )。
A．实像看得见，虚像看不见 B．实像总是倒立的，虚像总是正立的
C．实像总是缩小的，虚像总是放大的 D．实像和虚像都可能放大或缩小
答案：B
8．某同学在做凸透镜成像实验时，若发现在距透镜20 cm处看到一个正立、放大像，则此透镜的焦距可能为( )。
A．16 cm B．10 cm
C．25 cm D．无法判断
答案：C
9．在凸透镜成像中，________像是倒立的，________像总是正立的，缩小的像肯定是________像。
答案：实 虚 实
10．将一个凸透镜对准太阳光，可在距透镜10 cm的地方得到一个最小亮斑。若有一个物体放在这个透镜前40 cm处，则可在透镜的另一侧得到________的________的________像。
答案：倒立 缩小 实
11．在做“凸透镜成像”实验中，首先要在一条直线上依次放上蜡烛、________、________，然后调节它们的________，使它们的位置大致在同一________。若凸透镜的焦距为10 cm，当物体距透镜15 cm时，可以成一个________、________的________像；当物体距透镜5 cm时，可以成一个________、________的________像。
答案：凸透镜 光屏 中心 高度 倒立 放大 实 正立 放大 虚
规律总结：
1．成像规律及应用
(注意：u是物距，v是像距，f是一倍焦距，2f是二倍焦距)
2．记忆口诀
分界点：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小
实像的位置：物在外，像在间；物在间，像在外。(“外”指二倍焦距以外，“间”指一倍焦距和二倍焦距之间)
实像的变化：物近像远像变大
虚像的变化：离焦点越近像越大
物与像大小的比较：谁远谁大(谁离凸透镜远谁就大)
3．光屏上无法呈现清晰的像的原因
(1)没有调整烛焰中心、凸透镜中心和光屏中心在同一高度
(2)u＜f时，成虚像
(3)u＞f，但蜡烛接近焦点，物距较小，像在很远处，光具座不够长。
(4)u＝f，不成像。
eq \(\s\up7(),\s\d5(板书设计))
第3节 凸透镜成像的规律
1．成像规律及应用
2.物近像远像变大
离焦点越近像越大
一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小
eq \(\s\up7(),\s\d5(活动与探究))
你能说出两种测焦距的方法吗？
答案：1.光照法
让凸透镜正对太阳光，在凸透镜的另一侧放一张白纸，调节凸透镜与白纸之间的距离，直到白纸上出现一个最小、最亮的光斑，测出白纸到凸透镜光心的距离即为焦距。
2．远距离成像法(粗略测焦距)(u＞10f)。
可使稍远处的窗(物距足够大，u＞10f时)，通过凸透镜在光屏上成清晰的像。
用刻度尺测出凸透镜中心与光屏间的距离，近似等于焦距。
3．等距离成等大像法(u＝2f)
将光屏与物分别放在透镜的两侧，调节三者间的距离，直到光屏上呈现一个与物等大的清晰的像，此时u＝v＝2f，用刻度尺测出凸透镜中心与物体(或光屏)间的距离，记为u(u＝2f)，则焦距f＝u/2。
eq \(\s\up7(),\s\d5(备课资料))
凸透镜成像规律八种记忆方法
一、作图成像法
光学作图，是掌握光学内容的有效途径之一。因此，凸透镜成像规律完全可以利用三条特殊光线中的两条，而找到像点，这种方法适用于基础较好的学生，也可以作为实验后，强化知识的一种补充，也可以为那些要参加各种物理竞赛的学生，作为知识的一种拓宽。方法是过物体上的一点，画出三条特殊光线中的任意两条，然后找到光线通过凸透镜后相交的点，或者光线的反向延长线的交点，就是物体上该点的像点。再根据物体与主光轴的垂直关系，画出像也与主光轴垂直，就可以画出虚实像。还可以借此介绍虚实像。
本文列举两种利用作图法探究成像规律，作图在下：
两条光线：(1)过光心的光线方向不变；(2)平行于主光轴光线通过焦点。

eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1((1)u＞2f，f＜v＜2f，成倒立、缩小的实像,由实际光线会聚形成的像叫实像)) eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1((2)u＜f，v＞u，成正立、放大的虚像,由光线反向延长线会聚形成的像叫虚像))
这种方法适合学习能力较好的学生，初二学生接受起来可能有些困难，可以在初三第一轮复习时，帮助学生记忆，减轻复习时的学生的记忆压力。
二、光路可逆法
光路可逆性是光学的一个重要知识点，学生对这个知识也是记忆犹新。具体方法是先根据作图法作出一种成像规律的图后，提醒学生从光路可逆性来考虑问题，把作出来的图，从反面看一下，又是什么成像规律？这样所有的成像规律，就可以从光路可逆性来记住规律。下图中就是利用光路可逆性，完成两个成像规律！
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1((1)u＞2f，f＜v＜2f，,倒立、缩小的实像)) eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1((2)f＜u＜2f，u＞2f，,倒立、放大的实像))
这种方法理解层次较高，学生理解起来也很难，可以作为新课以后的辅助练习。
三、童话故事记忆法
一个天气晴朗、阳光明媚的冬天，唐僧师徒一行四人，为取真经，他们继续向西方徒步前行。他们来到一个山洞中休息吃饭。山洞前有一个大的冰山，冰山中间厚、边缘薄。孙悟空到外面弄了一些吃的回到山洞前，他看到冰山后面的山洞里，也有一只倒立、缩小的孙悟空，他以为是妖精，又来吃唐僧的肉了，连忙拿出金箍棒，准备降服妖精。这时，冰山后的孙悟空也拿出小金箍棒。孙悟空连忙向前冲去，准备与之决斗。这时，孙悟空发现，妖精好像怕自己似的，连忙向远处逃去，而且变得很大，但还是倒立的。孙悟空大声呼道：“妖精，哪里逃？”忙连翻几个筋斗，但有冰山挡着，翻到冰山前时，山洞中的“妖精”没有了！
这时，在山洞中刚睡着的猪八戒被孙悟空的叫声惊醒了，连忙从山洞中出来叫道：“猴哥，哪里有妖精？”出来一看，看到冰山外有一个身材魁梧的孙悟空，哈哈大笑到：“猴哥，你又在变戏法哄人了，让我来教训你一下！”连忙拾起钯子，向孙悟空打去，没打到孙悟空，把冰山打碎了，孙悟空又变成了原来一样大小！同学们，你们知道他们师哥俩分别看到了什么吗？同学们，谁能把刚才的故事重述一遍？
这种方法比较适合初二学生，提高学生学习物理的兴趣。
四、游戏法记忆法
游戏准备：卡片五张，上面印有图案，一张较大的，一张较小的，一张放大的虚像，两张等大像！在黑板上画出一个凸透镜，主光轴，焦点，二倍焦距！
方法是：让一个学生拿着卡片1，站在凸透镜的一边的任意一个位置，再让一个学生找到合适的卡片(卡片1)，让他站在估计的对应位置，这样就完成了一次成像。可以让其他学生说出他们做的成像规律，以及物距(u)和像距(v)。在我多次的教学实践中，学生对此方法也是有比较浓厚的兴趣。另外，还可以让他们课后自己去准备卡片，去练习完成这样的游戏，此方法还可以用于新课复习，也可以用来做本节课的当堂练习！游戏的方法图如下：
u＞2f，f＜v＜2f，成倒立、缩小的实像
这种方法必须建立在学生记住规律的基础上，可以以比赛的方式举行，加强竞赛能力的培养。
五、口诀记忆法
总结归纳口诀，一直是我们教师追求高效教学效果的有效途径，下面列举一些简单的口诀，有的是学生自己想出来的，供大家参考：
口诀一：凸透镜成像，远缩小近放大！(远处的物体成缩小的像，近处的物体成放大的像)
口诀二：物近像远大，物远像近小！(物体近的，成像远，而且放大，反之)
口诀三：物远成实像，倒立缩小放大；物近成虚像，正立虚像放大。
(成实像时，像是倒立的，先是缩小的再是放大的；成虚像时，像是正立的，是放大的虚像)
这种方法，在实施过程中，效果是比较好的。学生也设计了适合自己的口诀。由此推广，在学习其他知识时大多可以利用这种方法。
六、实际应用法
(一)准备一张照相机的成像原理图，分析成像的特点，这时物体离凸透镜比较远，即u＞2f，让学生比较像的大小、正倒立情况，然后总结出成像的特点，成倒立、缩小的实像。然后告诉学生，我们的眼睛也是一个凸透镜，眼前的物体在我们的视网膜上“拍了照”，我们才看到了物体。
(二)利用教室中的投影仪，把上面的反光的平面镜解下来，让像呈现在天花板上。让学生去感受投影仪上的透镜也是凸透镜，然后去观察成像特点，请学生说出物距、像距，以及成像特点：倒立、放大的实像。
(三)上课之前，让学生自己准备一个放大镜。一般的学生都能准备一个或大或小的凸透镜。让他们自己观察课本上的字，让学生说出看到的现象，当然学生有许多答案，如正立、放大的像，倒立的缩小或放大的像。老师应鼓励学生说出自己的发现，然后让他们对观察到的现象进行分类，得出成实像规律的前三点规律，再让学生比较正立、倒立像的视觉感受有什么区别。倒立的像是在眼前的，而正立的像和物体在同一侧。我们平常所说的放大镜实际上是凸透镜成像规律的一种应用，只不过是凸透镜成像规律的一种情况。所以我们不能把凸透镜就等同于放大镜。凸透镜应用于放大镜时的成像特点及条件：u＜f，成正立、放大的虚像。
实际应用法把物理现象和生活中的实际事例结合起来教学，既让学生知道了知识，还记住了这些知识在生活中的应用，真是一举两得！您不妨也试试！
七、辅助线记忆法
作辅助线，按照物体的运动轨迹，把像点的运动轨迹用辅助线描出来，具体辅助线的作图方法是：过倒立、等大实像的顶端和焦点画出辅助线，所有的像的顶端的轨迹都在这条线上。详细图作图如下：
(1)u＝2f，缩小、放大像的分界点。
(2)u＝f，倒正、立像，实、虚像的分界点。
辅助线帮助学生记忆，这种方法可以在实验后引入，可以解决一些变化类题型。
八、实验探究法
物理学是以实验为基础的一门科学，因此，讲授本节课时，最根本的方法还应该是实验探究法为基础。在光学实验的教学中，做好每一个实验，尤其是演示实验，对一节课的成败，起着至关重要的作用。全日制义务教育《物理课程标准》对本节内容的要求是：“探究并知道凸透镜成像的规律；了解凸透镜成像的应用。”因此，探究过程的教学，是每一位教师应该着重介绍的重点。实验过程中，应始终本着学生为主体，老师为主导的原则，让学生从实验中体会成功的乐趣，让学生自己找到成像的规律。在实验时可以加入一些有趣的小实验，帮助学生学会观察实验，培养学生的观察、思考、归纳能力。如，凸透镜被挡住一半时成像变暗；成像时为什么有三个像等一些开放性问题。
课堂练习
1.在观察凸透镜成像的实验中，保持凸透镜位置不变，如图1所示是物体放在A点的成像图。将物体分别放在B、C、D点，前后移动光屏，观察在____点，光屏上出现放大、倒立的像；在____点，光屏上不会出现像.
2.在图2中的凸透镜焦距为15cm，则烛焰到凸透镜的距离应大于__ cm，其像的位置在_______cm与_______cm之间，此像是________、_________的______像．
3．如图3所示，蜡烛的烛焰在凸透镜的右侧光屏上成一个倒立、缩小的像，图中O点是凸透镜的中心，A、B、C、D四个点中有一点是凸透镜的焦点，且AB =BC =CD =DO，根据成像情况可知，______点是凸透镜的焦点．
4.如图4是“研究凸透镜成像”的实验图，若在透镜右边的光屏上（光屏未画）得到清晰缩小的实像，则蜡烛可能置于透镜左边a、b、c、d四点中的_______点处，______机就是利用此成像特点制成的．
5.用照相机给家人照相，人与照相机镜头的距离和底片到照相机镜头的距离分别是（ ）
A．大于2f,小于f
B．大于2f,大于f小于2f
C．小于2f,大于2f
D．大于f,大于2f
达标练习
6．做“研究凸透镜成像”的实验中，发现烛焰的像在屏的下边缘处，如果不改变烛焰及屏的位置，只移动透镜，使像移到屏的中央，那么应将凸透镜______移动．（选填“向下”或“向上”）
7.投影仪是根据凸透镜能成__________像的光学原理制成的.在投影时由于屏幕上的画面太小，同学们看不清楚，需让画面再大些，调节的方法是，向__________调镜头（填“上”或“下”），同时投影仪与屏幕的距离要_______.
8.李云和张芳合作探究“凸透镜成像规律”如图，当u>2f时，光屏上得到一个清晰、倒立、缩小的__________像（选填“虚”或“实”）；若想得到一个清晰放大的实像，蜡烛应向______凸透镜的方向移动，同时光屏应向______凸透镜的方向移动（两空都选填 “远离”或“靠近”）；若无论怎样移动光屏都不能得到蜡烛的像，说明u _______f（选填“>”、“=”或“