人教版八年级上册第3节 凸透镜成像的规律精品教案设计

这是一份人教版八年级上册第3节 凸透镜成像的规律精品教案设计，共11页。
教学目标


1.知识与技能


理解凸透镜成像的规律。


知道凸透镜成放大、缩小实像和成虚像的条件。


2.过程与方法


通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法。


通过实验探究，知道凸透镜成像的规律。


在探究活动中，培养初步学生的观察能力和提出问题的能力。


3.情感、态度与价值观


通过探究过程，提升对证据的分析和论证能力。


（2）通过探究活动，体会实验探究活动在认识事物过程中的重要意义。


教学重点：组织设计探究凸透镜成像的规律


教学难点：指导学生在探究过程中，建立实验和物理模型之间的联系；凸透镜成像性质的描述。


知识点梳理：（1）凸透镜成像规律及探究实验；（2）凸透镜成像规律的应用。


复习提问、引入新课


照相机、投影仪、放大镜所成的像各有什么特点？





物体距离透镜的距离不同（物距），所成像的特点不同，物体到透镜距离相同时，透镜焦距不同，所成像的特点不同。由此可知，像的虚实、大小、正倒跟物体离凸透镜的距离（物距）有关，同时也跟透镜的焦距的有关。因此，物距和焦距是影响像特点的因素。


本实验设计的思路：本来成像特点是受两个因素影响的，但是实验探究中只探究了物距对成像特点的影响，而控制了焦距不变，同时在进行物距的表示时，为了找到内在的规律性，其实物距是表示为焦距的倍数关系，同时这也体现了本实验内在较强的规律性，从数学角度来说满足某种内在关联性。本实验中的像距是一个因变量，也就是说像距（因变量）的大小是由物距和焦距来唯一确定的。


所以本题就会出现一种问题，即当物体到透镜的距离不变时，改变透镜的焦距，然后再分析成像情况，那么分析思路还是相同的。如下方法：


结论：解题时，将物体到透镜的具体的长度距离转变为对应透镜焦距的倍数关系，然后再根据所得出的结论进行确定像的特点以及像距。








知识点一：探究凸透镜成像的规律（实验）


实验目的


探究像的正倒、大小、虚实跟物距之间的关系。


实验器材及安装


凸透镜（）、蜡烛、光屏、光具座（带刻度尺）。


调节烛焰、透镜、光屏的中心，使它们的三者中心大致在同一高度上（共轴调节，为了使烛焰的像成在光屏的中央）。





注意：不能说成是三者中心在同一直线上。（语言精准）


实验过程


凸透镜成像时的三个物理量：（1）焦距用表示；（2）物距用表示；（3）像距用表示；（4）实验前，将透镜焦距作为已知量确定下来，注意估读，且改变物距的方式是移动蜡烛，而不是移动透镜，所以应该将透镜固定下来。


注意实验中表示物距的方式是，将、的大小表示为的倍数。


进行实验与收集数据：


= 10 cm


将透镜固定在50cm处





说明：在用凸透镜测焦距时，会涉及到刻度尺的读数，那么是否要估读，这个不作硬性规定。


此部分会出现一种题型，即蜡烛不动，改变透镜的焦距，问像距的范围与成像的特点。


例题：如图所示，凸透镜的焦距为15cm，此时在光屏上成像特点为 ，若蜡烛不动，将凸透镜的焦距更换为12cm，要使光屏上仍然能成清晰的放大的实像，则蜡烛应该 （填写“向左”或“向右”）移动，光屏应该 （填写“向左”或“向右”）移动





①把蜡烛放在距凸透镜光心 大于二倍焦距 的地方，移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒，同时测出此时的物距和像距。改变物距大小，重复实验，得出结论。


实验中取了物距的5个范围来进行实验，每个范围内多组实验，目的是让实验结论更具有普遍性。每个范围的划定是依据成像特点不同来进行的。


实验数据记录：


结论：


成实像时的像大小变化规律：物近像远像变大，物远像近像变小。


思考：实验中，当物距确定下来以后，是如何确定像距的？


思考：实验中是如何找到清晰的像的？


注意语言的叙述方式：清晰。


②把蜡烛向凸透镜方向移动，让蜡烛与凸透镜光心的距离 等于二倍焦距 ，移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录此时像的大小和正倒，并测出此时的物距和像距。


实验数据记录：


结论：


【例题】


某班同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中，记录并绘制了像到凸透镜的距离v跟物体到凸透镜的距离u之间关系的图象，如图所示，该透镜的焦距为 cm，当物距为16cm时，成像特点为 、 的实像，当物距为21cm时，成像特点为 、 的实像。当物距从32cm逐渐减小到16cm时，像距逐渐 （填写“变小”或“变大”），像逐渐 （填写“变小”或“变大”）。


答案：8 倒立 等大 倒立 缩小 变大 变大





③把蜡烛再靠近凸透镜，让蜡烛与凸透镜光心的距离 在一倍焦距和二倍焦距之间 ，移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录此时像的大小和正倒，测出此时的物距和像距。


实验数据记录：


结论：


成实像时的像大小变化规律：物近像远像变大，物远像近像变小。


思考：当物距从大于二倍焦距外逐渐减小到二倍焦距以内时，像距如何变化？像的大小如何变化？像的虚实情况，正倒情况，物体和像相对透镜的位置情况如何变化？


思考：像从变小到变大的临界点在哪个点？


④将蜡烛继续靠近凸透镜，让蜡烛 在凸透镜的焦点上 ，移动光屏，观察光屏上是否能成像。


实验数据记录：


结论：


⑤把蜡烛移动到 凸透镜的1倍焦距以内 ，移动光屏，观察光屏上是否能成像。如果不能，可以从光屏这一侧透过凸透镜用眼晴直接观察像的特点，并记录，在1倍焦距之内改变物距，多次实验。


实验数据记录：


结论：


成虚像时的像大小变化规律：物近像近像变小，物远像远像变大。


思考：成像的虚实分界点在哪个点？


思考：成虚像时，我们应该从哪一侧观察像？


实验结论：


口诀：凸透镜成像规律


一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；（实）物近像远像变大、物远像近像变小。


（虚）物近像近像变小，物远像远像变大。


实像异侧倒，虚像同侧立


成实像时：


当，成倒立、缩小、实像；


当，成倒立、等大、实像；


当，成倒立、放大、实像。





归纳总结（重复）


（1）凸透镜所成的实像都是倒立的，且物、像位于凸透镜的两侧；凸透镜所成的虚像都是正立的，且物、像位于凸透镜的同侧。


（2）—倍焦距处是实像和虚像的分界点，当物距大于一倍焦距时成实像，当物距小于一倍焦距时成虚像。


（3）二倍焦距处是成放大实像和缩小实像的分界点，当物距大于二倍焦距时成缩小实像，当物距等于二倍焦距时成等大的实像，当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时成放大的实像。


（4）凸透镜成实像时，随着物距的变小，像和像距都变大；凸透镜成虚像时，随着物距的变小，像和像距都变小。（物近像近像变小）


交流与评估


实验中光屏上不能成像的原因


①蜡烛在1倍焦距内，凸透镜成虚像，不能呈现在光屏上。


②蜡烛在焦点上，凸透镜没有成像。


③蜡烛到凸透镜的距离稍大于1倍焦距，成像在很远的地方，光屏无法移动到该位置。


④蜡烛、凸透镜、光屏三者中心不在同一高度，像不在光屏上。





知识点二：凸透镜成像规律的应用


用照相机照相时，要使胶片上的像大一些，应使被照物体离镜头近一些，同时使胶片离镜头远一些，即镜头前伸。（成实像：物近像远像变大）


使用投影仪时，要使屏幕上的像小一些，应使投影片离镜头远一些，同时屏幕离镜头近一些。（成实像：物远像近像变小）


使用放大镜观察物体时，要想让被观察物体大一些，应使被观察物体离放大镜稍远一些。（成虚像：物远像远像变大）


知识拓展：高斯成像公式（选学）


透镜成像的物距、像距和焦距之间的关系还可以用公式定量表示出来：





当透镜被纸遮住一部分以后，所成的像有什么变化？





如图所示，能成完整的像，只是像的亮度变暗了


像不在光屏中央位置，如何调节？


当光屏上的像偏上时，有三种调节方法：（方法：烛焰、透镜中心、烛焰的像三者在一条线上）


①将光屏上调；②将凸透镜下调；③将蜡烛上调。


光屏上能成清晰像时，对调蜡烛和光屏的位置，光屏上仍能成清晰的像（光路可逆）


焦距的测量及判断


用平行光垂直照射到凸透镜上，在凸透镜的另一侧用光屏承接到最小最亮的点，这个点到凸透镜光心的距离即为焦距；②一定蜡烛和光屏，是光屏上成倒立、等大的实像，此时物距等于二倍焦距（）


凸透镜成像和平面镜成像的区别


凸透镜可以成实像，也可以成虚像，平面镜成的是虚像。除了正立倒立的区别以外，还有一个不同：


平面镜成的虚像是“翻转”（数学里的轴对称），正立是正立，但左右相反，相对位置发生了改变；


凸透镜成的实像是“旋转”（数学里的中心对称），相对位置没发生改变；


凸透镜成的虚像，左右不相反，相对位置没发生改变。


题目中，将物距或像距的具体数值转化为与焦距倍数关系，然后再根据成像规律解题。


【例题】在用一凸透镜研究其成像的规律时，某同学得到的部分实验信息如下表所示。根据表中信息判定下列说法正确的是（ ）


A.该凸透镜的焦距是15cm


B.当u=25cm时，凸透镜成放大的像，放大镜就是根据这一原理制成的


C.当v=24cm时，凸透镜成缩小的像，照相相机就是根据这一原理制成


D.若把物体从距凸透镜22cm处向距凸透镜32cm处滑动，像会逐渐变小


答案：A实验次序
与关系
物距/cm
像距/cm
成像特点
应用
1
40
13.3
倒立、缩小的实像
照相机
2
30
15
倒立、缩小的实像
照相机
3
21
19.1
倒立、缩小的实像
照相机
物距
光路分析图示
像距
成像特点
像与物相对透镜的位置
应用
倒立、缩小的实像
异侧
照相机
实验次序
与关系
物距/cm
像距/cm
成像特点
应用
4
20
20
倒立、等大的实像
测焦距
物距
光路分析图示
像距
成像特点
像与物相对透镜的位置
应用
倒立、等大的实像
异侧
测焦距
实验次序
与关系
物距/cm
像距/cm
成像特点
应用
5
19
21.1
倒立、放大的实像
投影仪
6
15
29.9
倒立、放大的实像
投影仪
7
13
43.1
倒立、放大的实像
投影仪
物距
光路分析图示
像距
成像特点
像与物相对透镜的位置
应用
倒立、放大的实像
异侧



投影仪



实验次序
与关系
物距/cm
像距/cm
成像特点
应用
8
10
不成像
测焦距
物距
光路分析图示
像距
成像特点
像与物相对透镜的位置
应用
侧焦距
实验次序
与关系
物距/cm
像距/cm
成像特点
应用
9
8
正立、放大的虚像
放大镜
10
6
正立、放大的虚像
放大镜
11
5
正立、放大的虚像
放大镜
物距
光路分析图示
像距
成像特点
像与物相对透镜的位置
应用
正立、放大的虚像
同侧
放大镜
物距
成像特点
像距
物与像相对透镜的位置
光屏能


否承接
应用
正、倒
放大、缩小
虚、实
实验次序
1
2
3
4
5
物距u/cm
50
40
30
25
20
像距v/cm
22
24
30
38
60