第五章 透鏡及其應用第3節 凸透鏡成像的規律設計說明“凸透鏡成像的規律”這一節主要是讓學生通過實驗探究并知道凸透鏡成像的規律，通過探究活動，體驗科學探究的過程和基本研究方法。教學中，可結合生活實例和教材插圖，引出物距和像距的概念，進而引導學生理解物距、像距、焦距之間的數學關系；探究“凸透鏡成像的規律”實驗，實驗前先向學生介紹實驗裝置和操作方法，讓學生明確實驗目的，并按照操作步驟進行觀察和實驗，要注意調整燭焰、凸透鏡和光屏，使它們的中心在同一高度。本實驗的關鍵是實驗數據的收集以及對數據的分析歸納，可指導學生設計一張記錄數據的表格，學生實驗完畢后再現實驗場景，讓學生用自己的語言表達出實驗現象和歸納實驗結論后再進一步總結，最后總結出凸透鏡成像規律。學生初步掌握凸透鏡成像的規律之后，結合課堂練習，考查他們的理解情況。結合實驗進行練習，有助于學生對本實驗有更深刻的理解。教學過程可分為四個階段，第一階段認識物距和像距；第二階段進行實驗探究，收集實驗數據；第三階段對實驗數據進行分析歸納，以表格的形式得出凸透鏡成像的規律；第四階段對實驗結論進行分析論證，交流心得體會。教學目標1.通過實驗探究知道凸透鏡成像的規律。2.通過探究活動，體驗科學探究的過程和基本探究方法。3.體會實驗探究活動在認識事物過程中的重要意義，建立生活與物理知識的聯系。教學重點難點重點：對凸透鏡成像規律的認識和理解。難點：引導學生實驗，并從實驗中得出凸透鏡成像的規律。教具學生用：光具座、光屏、蠟燭、焦距為10 cm的凸透鏡。教師用：光具座、光屏、蠟燭、火柴、焦距為10 cm的凸透鏡、教學課件。教學過程回顧思考1.測定凸透鏡焦距的方法有哪些？2.照相機、投影儀、放大鏡各自的成像特點是什么？3.實像與虛像有哪些區別？導入新課1.多媒體導入：在上節課學習了照相機、投影儀、放大鏡成像特點的基礎上，教師通過flash動畫展示照相機、投影儀、放大鏡的成像特點及像的位置，在此基礎上提出問題：凸透鏡的成像有怎樣的規律；引出本節課的課題。2.小實驗導入：讓學生拿起桌上的放大鏡（或凸透鏡）觀察書本上的字，再讓學生用它看遠處的樓房，問：看到的像有什么不同？為什么會有這種不同？凸透鏡成的像可能跟什么因素有關？引入并板書課題。進行新課探究點一物距和像距學生分組實驗教師：請同學們拿起桌上的凸透鏡觀察書本上的字，你看到了什么？引導學生從像的倒正、大小、虛實等方面回答看到的字所成的像的特點。教師：用凸透鏡看遠處的樓房呢？你看到了什么？引導學生從像的倒正、大小、虛實等方面回答樓房所成的像的特點。教師：同學們觀察得非常仔細，同樣是凸透鏡，但成的像有時放大，有時縮??；有時正立，有時倒立；有時是實像，有時是虛像。你們想想同樣的凸透鏡能成不同的像可能跟什么因素有關呢？引導學生比較各種情況下物體到凸透鏡的距離得出結論。歸納總結：物體到凸透鏡的距離叫做物距，用字母u表示；像到凸透鏡的距離叫做像距，用字母v表示。例1（多選）某同學對凸透鏡的光學特性進行研究，完成了下列實驗：（1）將凸透鏡正對著太陽光，在距透鏡中心12 cm處得到一個最小最亮的光斑；（2）他再將該凸透鏡和點燃的蠟燭分別固定在光具座上，移動光屏后得到一個清晰的像，如圖所示。對于上述實驗，下列說法正確的是（） A.該凸透鏡的焦距f為6 cmB.實驗（2）中，物距u為20 cmC.實驗（2）中，物距u為30 cmD.實驗（2）中，得到的像為放大的實像解析：將凸透鏡正對太陽光，在距離透鏡中心12 cm處得到最小最亮的光斑，可知該凸透鏡的焦距f為12 cm，故A選項錯誤；物距是指物體到透鏡光心的距離，從題圖可以看出，物距u為20 cm，故B選項正確，C選項錯誤；由于fu2f，因此在光屏上能得到倒立、放大的實像，D選項正確。答案：BD探究點二探究凸透鏡成像的規律1.提出問題教師：凸透鏡不同的成像特點與物距有什么關系呢？根據凸透鏡成像的不同情況，可以把上述問題具體為三個問題，即：（1）凸透鏡成放大像和縮小像是否受到物距的影響？凸透鏡在什么條件下成放大的像？在什么條件下成縮小的像？（2）凸透鏡成正立像和倒立像是否受到物距的影響？凸透鏡在什么條件下成正立的像？在什么條件下成倒立的像？（3）凸透鏡成實像和虛像是否受到物距的影響？凸透鏡在什么條件下成實像？在什么條件下成虛像？2.學生猜想利用多媒體展示上面三個問題，引導學生根據分組實驗的現象進行猜想，猜想時要突出物距對成像特點的影響。3.設計實驗教師：讓學生根據猜想明確實驗目的和實驗方法，介紹實驗器材，并說出器材在其中所起的作用。設計內容主要包括：（1）選擇實驗器材；（2）明確實驗目的；（3）探討實驗步驟；（4）設計實驗記錄表格。引導學生討論、舉手發言，其他學生補充、改進實驗方法。教師：根據學生的實驗方法補充說明實驗注意事項：如蠟燭、凸透鏡、光屏的擺放位置；怎樣觀察清晰的像；怎樣記錄物距、像距等；并提醒學生，注意分工合作。教師：請同學們注意，實驗中要調節燭焰中心、凸透鏡中心和光屏中心，使三者在同一高度，這樣可以使燭焰的像成在光屏的中央，便于觀察像的特點。4.進行實驗，收集數據教師：我們所用凸透鏡的焦距為10 cm，請同學們根據實驗方案開始做實驗，注意收集實驗數據并填入表格。引導學生進行實驗。教師巡視，及時對學生探究過程中出現的問題進行指導，并鼓勵最先完成實驗的學生填寫數據記錄表格。物距像的性質像距物與像的位置關系（同側或異側）虛實大小正倒u2fu=2ffu2fuf5.分析歸納，得出結論教師：請同學們將實驗數據填入表格，小組討論，嘗試總結凸透鏡成像的規律。引導學生分析比較物距與一倍焦距、二倍焦距的大小關系，所對應的成像性質及像距的范圍。歸納總結：凸透鏡成像的規律物距像的性質像距物與像的位置關系（同側或異側）虛實大小正倒u2f實像縮小倒立fv2f異側u=2f實像等大倒立v=2f異側fu2f實像放大倒立v2f異側uf虛像放大正立同側教師：請同學們思考，當把物體放在焦點位置，即u=f時，物體會成怎樣的像呢？引導學生實驗探究：把蠟燭放在焦點上，移動光屏，看能否成像。歸納補充：u=f時，不成像，但可以得到平行光。例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）例2 （2019哈爾濱中考）在探究“凸透鏡成像規律”實驗中，已知凸透鏡焦距為10 cm，所用光源為新型“蠟燭”（新型“蠟燭”薄且燭焰穩定）。（1）調整好器材后，進行實驗，某次實驗結果如圖甲所示，凸透鏡成這種像的條件是________。將“蠟燭”A從此位置在光具座上逐漸靠近透鏡，發現經過圖中________位置后，無論怎樣調節光屏都無法承接到像，只能透過透鏡觀察到正立、放大的虛像，如圖乙所示。甲 乙（2）“蠟燭”移到距透鏡二倍焦距處，觀察光屏上的像感覺與物等大，請你簡述證明像與物等大的辦法。（器材足夠用）（3）君妍同學用凸透鏡觀察書上的字，如圖所示，她換用不同焦距的凸透鏡放在原位置再次觀察，發現像發生變化，便萌生了探究凸透鏡所成像與焦距關系的想法，請寫出需要收集的證據。解析：（1）凸透鏡成像的條件是物距和焦距的關系，如題圖甲，物距大于像距，成倒立、縮小的實像，即物距u2f；已知凸透鏡的焦距是10 cm，所以當蠟燭經過40 cm刻度線的位置后，物距uf，成正立、放大的虛像，無法用光屏承接。（2）聯系平面鏡成像大小比較的方法，我們可以取一支和A完全相同的蠟燭放在成像的位置，看能不能與像重合，若重合，則驗證像和物大小相等。（3）要探究凸透鏡所成的像與焦距的關系，應控制物距不變，使用不同焦距的凸透鏡，觀察成像的性質有什么變化，因此需要收集的證據有凸透鏡的焦距、像的大小、正倒、虛實。答案：（1）u2f40 cm刻度線（2）取另一支和A完全相同的蠟燭放在成像的位置，觀察能否和像重合。（3）凸透鏡的焦距、像的大小、正倒、虛實。探究點三凸透鏡成像規律的理解教師：對于凸透鏡成像的規律，同學們要理解以下幾點：（1）成放大的像時必定像距大于物距，成縮小的像時必定像距小于物距。（2）焦點處是成虛像和實像的分界點，當物距大于透鏡的一倍焦距時，物體成實像，當物距小于透鏡的一倍焦距時，物體成虛像。（3）二倍焦距處是成像大小的分界點，當物距大于透鏡的二倍焦距時，物體成縮小的像，當物距小于透鏡的二倍焦距時，物體成放大的像。（4）凸透鏡所成的實像都是倒立的，像和物體位于透鏡的兩側；虛像是正立的，像和物體位于透鏡的同側。（5）凸透鏡成實像時，當物體從較遠處向透鏡靠近時（物距變?。?，像到透鏡的距離（像距）逐漸變大，像也逐漸變大。（6）凸透鏡成虛像時，物體遠離凸透鏡（但始終要在焦點以內），所成的虛像變大。歸納總結：一倍焦距分虛實，二倍焦距分大??；成實像，物近像遠像變大；成虛像，物近像近像變小。例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）例3探究凸透鏡成像規律的實驗示意圖如圖所示，a、b、c、d、e是主光軸上的五個點，在這五個點中，把燭焰放在________點上，可以成正立、放大的虛像；把燭焰放在________點上，所成的像最??；把燭焰放在________點和________點上都可以成倒立、縮小的實像；把燭焰放在________點和________點上都可以成倒立、放大的實像。解析：e點在一倍焦距以內，物體在該點上成正立、放大的虛像；a、b在二倍焦距以外，物體在這兩點上成倒立、縮小的實像，a較遠，物體在該點上所成的像最?。籧、d在一倍焦距和二倍焦距之間，物體在這兩點上成倒立、放大的實像。答案：eaabcd探究點四凸透鏡成像規律的應用教師：請同學們回憶我們上節課學習的照相機、投影儀、放大鏡各自的成像特點是什么？引導學生回答成像特點。教師：請同學們根據凸透鏡成像規律的表格，分析三種光學設備分別符合哪一條成像規律？并補充到表格中。引導學生在探究點二表格的基礎上，添加應用一欄，將表格補充完整。歸納總結：倒立、縮小的實像應用于照相機；倒立、放大的實像應用于投影儀；正立、放大的虛像應用于放大鏡。例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）例4當燭焰、透鏡、光屏三者在如圖所示的位置時，燭焰在光屏上恰好成清晰的像，則下列光學器件正常使用時，與這個燭焰成像特點相同的是（）A.放大鏡B.照相機C.投影儀D.監控攝像頭解析：由題圖可知，uv，根據凸透鏡成像規律可知，此時成一倒立、放大的實像。放大鏡成的是正立、放大的虛像，照相機和監控攝像頭成的是倒立、縮小的實像，投影儀成的是倒立、放大的實像，故C選項符合題意。答案：C點撥：根據物距u與像距v的大小關系判斷成像的性質：像與物在透鏡兩側，當uv時成倒立、放大的實像；u=v時，成倒立、等大的實像；uv時成倒立、縮小的實像。課堂小結當堂達標（見導學案“當堂達標”）參考答案1.B2.B3.C4.C5.虛像照相機6.放大右布置作業教材第99頁“動手動腦學物理”第1至6題。板書設計1.物距：物體到凸透鏡的距離，用字母u表示。2.像距：像到凸透鏡的距離，用字母v表示。3.三心同高：燭焰中心、凸透鏡的中心、光屏中心位于同一高度，目的是讓燭焰的像成在光屏的中央，便于觀察像的特點。4.凸透鏡成像規律：記憶口訣：一倍焦距分虛實，二倍焦距分大??；成實像，物近像遠像變大；成虛像，物近像近像變小。教學反思__ ________ ________ ________ ________ ________