初中物理教科版八年级上册第四章 在光的世界里5 科学探究：凸透镜成像教案设计

5.科学探究：凸透镜成像

教学目标

三维目标要求

一、知识与技能

1.了解透镜的种类。

2.了解透镜的焦点、焦距，认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用。

3.探究并知道凸透镜成像的规律。

4.了解透镜在投影仪中的应用。

二、过程与方法

1.能在探究活动中，初步获得提出问题的能力。

2.通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法。

3.学习从物理现象中归纳科学规律的方法。

三、情感态度与价值观

1.具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和生活中的物理道理。

2.初步建立将科学技术应用于实际的意识。

教学重点和难点

一、教学重点

1.了解透镜的焦点、焦距，认识凸透镜的会聚作用和凸透镜的发散作用。

2.探究并掌握凸透镜成像的规律。

二、教学难点

1.探究并掌握凸透镜成像的规律。

2.了解透镜在放大镜、照相机、电影放映机等光学仪器中的应用。

教学过程

情景导入

    冰遇阳光会融化，冰透镜对着太阳却能聚光使艾绒着火，令人怀疑。清代科学家郑复光

根据《淮南万毕术》的记载，亲自动手做过一些实验，证实冰透镜的确可以取火，他在《镜

镜冷痴》中写道：将一只底部微凹的锡壶，内装沸水，用壶在冰面上旋转，可制成光滑的冰

透镜，利用它聚集日光，可使纸点燃。这就是古代中国人的智慧。

    那么，冰透镜怎么会有这么大的本领呢？通过本节内容的学习，你就会明白其中的道理。

教学活动

本节分为两个教学板块：（1）认识透镜；（2）实验探究：凸透镜成像的规律。

一、认识透镜

1.认识透镜

镜的种类及几个概念

引导：同学们请观察透镜组，并借助于擦镜纸，摸一下透镜，根据透镜的厚薄程度给透镜分类。讨论透镜能分几类？

点评：透镜有两类。中间厚、边缘薄的叫凸透镜。中间薄、边缘厚的叫凹透镜。

问题：下列透镜哪些是凹透镜？哪些是凸透镜？戴眼镜的同学请判断：近视镜是什么透镜？远视镜是什么透镜？

学生阅读教材，用自己的理解总结凸透镜和凹透镜的特点。

点评：透镜：至少有一个面是球面的一部分的透明玻璃元件(要求会辨认)。

凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜，如：远视镜片、照相机的镜头、投影仪的镜头、放大镜等等；

凹透镜：中间薄、边缘厚的透镜，如：近视镜片。

如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜叫薄透镜。下面我们只研究薄透镜。

说明：此环节重点突出凸透镜、凹透镜的概念形成。

镜片的两个表面(或至少一个表面)是球面的一部分。

引导学生观察凸透镜和凹透镜的示意图，了解研究透镜时常用的几个科学术语。

主光轴：组成透镜的两个球面的球心连线叫主光轴。

光心：在主光轴上有一个特殊的点，通过它的光线传播方向不变，这一点叫透镜的光心，可以认为透镜的光心就在透镜的中心。

焦点：射到地面的太阳光是相互平行的，叫做平行光，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(focas)，用“F”字母表示。凹透镜使平行于主光轴的光线发散，它没有实焦点，但通过凹透镜的光反向延长也可以交在主光轴上一点，这点是凹透镜的虚焦点。

焦距：焦点到光心的距离叫做焦距(focal length)，用“f”字母表示。

2.透镜对光的作用

方案一：把凸透镜放在光具座上，让光源正对照过去，移动光屏，有亮点。再换凹透镜重做，怎么移动光屏都没亮点。

方案二：将无色透明饮料瓶放在水平桌面上，在瓶中放置点燃的香头，在上面要放凸透镜或凹透镜，这就形成一个“烟室”，用手电筒对准透镜照射，适当调节手电筒和透镜的距离，观察透镜对光的作用，看到通过凸透镜的光线相互靠拢，通过凹透镜的光线相互远离。

活动：阅读课本P72，观察：透镜对光的作用。取一个大烧杯，里面充以烟雾，倒扣在桌面上，用手电筒射出一平行光束。然后在杯底放一个凸透镜或凹透镜，从烟雾品观察透镜对平行光的作用。

学生分组实验。

结论：光从空气射入透镜时，凸透镜对光有会聚作用；凹透镜对光有发散作用。

平行于主光轴的光线，经凸透镜后经过焦点；经凹透镜后向外发散，但其反向延长线必过虚焦点(所以凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用)。如下图：

扩展：（1）过光心的光线经透镜后传播方向不改变，如下图：

（2）据折射时光路可逆知，经过凸透镜焦点的光线经凸透镜后平行于主光轴；射向异侧焦点的光线经凹透镜后平行于主光轴；如下图：

二、实验探究：凸透镜成像的规律

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)……

注意：当物体与透镜的距离大于焦距时，物体成倒立的像，向学生说明这个像是蜡烛射向凸透镜的光经过凸透镜会聚而成的，是实际光线的会聚点，能用光屏承接，是实像。当物体与透镜的距离小于焦距时，物体成正立的虚像。可以回顾平面镜成虚像的情况，使学生明白实像与虚像的区别。

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

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。

三、凸透镜成像规律的应用

1.放大镜原理

凸透镜作放大镜，就是利用了凸透镜能成放大的虚像这一原理。

2.照相机原理和构造

照相机是人们经常接触的东西，了解照相机的基本结构和原理是有文化的公民应该具有的科学常识。可以用照相机实物或模型与挂图对照讲解：镜头相当于凸透镜，胶卷相当于光屏，机壳相当于暗室，被拍照的物体到镜头的距离要远远大于焦距才能在胶卷上得到倒立、缩小的实像。为了使学生对照相机的构造和使用了解得更实际些，可向学生介绍照相机的主要组成部分的作用和使用方法，主要是调焦环、光圈和快门。如果有照相机实物，做照相示范就更好。还可以让学生谈自己照相的体会，如何才能把相片照好，提高兴趣，活跃思维。同时可以问一些这样的问题，例如：为了使照片上人像大一些，照相时人应该靠近还是离开照相机一些?

3.投影仪的原理和构造

投影仪的构造主要有：镜头、投影片、聚光镜、光源和反光镜等部分。光源是用来照亮投影片的；聚光镜为一组凸透镜，其作用是聚光，增加投影片的亮度；反光镜是平面镜，其作用是把射向投影片的光反射到屏幕上。根据凸透镜成像规律讲述投影仪的原理和基本构造，应指明投影片相当于上面实验中的蜡烛（物体），天花板相当于光屏，镜头起凸透镜的作用。投影片到镜头的距离稍大于焦距，所以在幕上能成放大的实像。

在介绍投影片时，需指出投影片应放在凸透镜的焦点以外，并且距焦点较近，在天花板上才能得到正立、放大的实像。

板书设计

5.科学探究：凸透镜成像

教学反思

    凸透镜成像一向是学生学习的难点，通常在教这部分内容时，老师往往先在教室里演示一遍凸透镜成像规律,学生再来验证一遍.虽然学生在实验时都能在光屏上找到像,但只是照样画葫芦,结果对于物距、像距、焦距，有些学生还是弄不清楚,对于规律也是记不牢,且容易忘。根据教材注重探究,让学生在学习过程中主动获取知识的精神,我安排了引导提出问题,设计实验探究并得到初步结论,及时帮助学生理解记忆凸透镜成像的规律,同时与生活中照相机、幻灯机等实际例子结合,利用实际知识加深对凸透镜成像规律的理解和记忆。