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1、八年级物理上八年级物理上第第 5 节科学探究：凸透镜成节科学探究：凸透镜成 像像第 5 节科学探究：凸透镜成像 一、本节三维目标要求 1.知识与技能 了解透镜的种类。 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。 探究并知道凸透镜成像的规律。 了解透镜在投影仪中的应用。 2.过程与方法 能在探究活动中，初步获得提出问题的能力。 通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法。 学习从物理现象中归纳科学规律的方法。 3.情感、态度与价值观 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。 初步建立将科学技术应用于实际的意识。 二、重点与难点 本节教学的重点是探究凸透镜成像的规
2、律，这也是教学的难点。 三、教学实施建议 （一）教学过程 本节分为两个教学板块：（1）了解透镜的种类，认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用。 （2）探究凸透镜成像的规律，了解凸透镜的一些应用。本节内容较多，分两个课时完成。 1.实验探究过程设计 （1）认识透镜 这部分教学需要 1 个课时。 教材从学生较为熟悉的凡尔纳小说入手，介绍了透镜的种类。并通过“博士”用冰取火的描述，引入了焦点和焦距的概念。需要强调，教材中将焦点定义为平行光能量的聚集点，突出了焦点的实质。如果阳光充足，应该组织学生到教室外，找一找透镜的焦点，实际测一测凸透镜的焦距，经历焦点和焦距概念的建立过程。 用冰取火的故事有很多版
3、本，介绍中国古代的“冰燧取火”，有利于增强学生的民族自信心。 “透镜对光的作用”的演示实验设计很巧妙，特别是用手电筒产生平行光，通过烟雾来显示光路，把光束立体化，能够从前后左右不同方向，三维显示透镜对光束的作用。对实验进行总结，得出“凸透镜对光有会聚作用；凹透镜对光有发散作用”的结论。 这个具体形象的全景演示实验，有利于培养学生的空间想象力，为学生认识凸透镜成像留下了形象思维与逻辑思维的实物基础。在这个实验的基础上，老师应引导学生将光束抽象成光线，用图 4-5-5 来描述透镜对光的作用。 对凸透镜成像的原理，教学中不要求深入介绍，对主光轴、光心等概念也无需定义。只要求通过对图 4-5-6 的分
4、析，知道透镜成像是由透镜折射光线形成的。 （2）探究凸透镜成像的规律 完成这个探究需要 1 个课时。 关于凸透镜的成像规律，既有过程性要求，又有终结性要求，即学生要经历实验探究的学习过程，同时也要知道这个规律，并了解这个规律在实际中的应用。 这是一个有明确步骤的指导型探究，实验的步骤较详细，实验过程的指导较为具体，要让学生体验科学探究的全过程，在探究过程中培养科学研究方法，形成正确的结论。 图 4-5-1 明亮的窗户在纸上成的像 2.实验探究中应注意几点： （1）对“凸透镜成像的规律”的探究课题是在一定情境中提出的，教材中的情景只是其中的一个方案，老师亦可以在教室里让学生观察明亮的窗户在纸上成
5、的像（图 4-5-1） ，学生即席就可以做此实验，这是学生事先不容易想到的，会激起学生很大兴趣，适时引导学生讨论，提出问题，猜想和假设，经历提出问题和猜想的过程。 （2）实验前应使学生明白用什么实验装置和怎样去研究，做好探究计划。进行实验，探究规律的过程，是以旁批里的提示为路标的指导下进行的。在收集数据中，提示 1 指出，实验数据应分三个范围采集，每个范围至少有两组数据。提示 2 中，对实像、虚像从能量角度进行了诠释。对虚像的认识，可能有一定难度，老师可以结合平面镜所成的虚像来理解。完成实验数据的采集活动后，可引导学生作初步总结。因涉及像的虚实、大小和倒正，头绪较多，现象纷繁，学生不易梳理清楚
6、。应允许学生的总结片面、不完整。 （3）在探究活动的最后，教材要求学生将蜡烛从很远的地方逐渐向凸透镜靠近，观察这个过程中像的变化。这个过程，不是对前面实验的简单重复，突出了从局部到整体、从静态到动态的认识过程，给学生一个动态的、全景式的图景。在此，老师要引导学生注意过程中像变化的两个分界点：蜡烛放在 2 倍焦距处和 1 倍焦距处。 图 4-5-2 将蜡烛放在 2 倍焦距处，像是怎样的？老师要引导学生通过推理来分析，突出理性思维的作用。 （4）对透镜成像的应用，教材有意识地介绍了学生发明的手电筒投影仪。在“家庭实验室”，让学生制作了“有凸透镜的照相机”。要鼓励学生应用所学知识进行小发明、小制作，
7、培养学生的创造能力。 （二）材料准备与实验设计 1.实验材料准备 本节教学需要准备的材料如下：凸透镜、凹透镜、蜡烛、光屏、烧杯、手电筒等。 2.实验设计 （1）演示透镜对光的作用： 在 J2501 型光具盘上分别悬挂凸透镜和凹透镜，调整平行光源发出的 5 条细光束，使中央一条光束和透镜的主光轴重合，可观察透镜对光束的作用。 （2）用光具座探究凸透镜的成像规律： 将光源、1 字屏、凸透镜、毛玻璃屏依次固定在滑块上，用学生电源给平行光源供 12 伏电压。调整光源和光具的高度，使它们中心等高。分别移动光源和光屏，使屏上成清晰的像。 图 4-5-3 J2507 型光具座 （3）用学具探究凸透镜的成像规
8、律 打开学具，把凸透镜、蜡烛、光屏放置在光具座上，点燃蜡烛，放在离凸透镜远大于 2 倍焦距的地方，并逐渐移向凸透镜，选取若干位置，分别移动光屏，寻找清晰的烛焰的像观察这个像是倒立的还是正立的，是放大的还是缩小的？ 把蜡烛继续移近透镜，观察像的情况有什么变化 图 4-5-4 利用学具探究凸透镜成像规律 图 4-5-5 直接观察凸透镜成的实像 四、发展空间 （一） “自我评价”参考答案： 1. a.凸透镜 b.凹透镜 2.玻璃瓶中积聚的雨水，会形成一个凸透镜；当太阳照射时，这个凸透镜汇聚阳光于森林中的枯叶上，可能会点燃它们而引起森林大火。 （二） “物理在线”指导 五、教学资源 （一）课件 凸透镜
9、成像的动态过程（见“教师备课系统”光盘） （二）小说 凡尔纳哈特拉斯船长历险记 （三）参考资料 1.透镜研究的一些名词 在透镜研究中有几个重要的特定名称。它们是： （1）主光轴，它是连接透镜两球面曲率中心的直线。 （2）副光轴通过光心的任意直线。所以副光轴有无数条。 （3）光心透镜主轴上的一个特殊点。通过光心的光线，其出射方向和入射方向互相平行，但可有旁向的平行位移，对薄透镜一般认为其方向不变。薄透镜的中心可以近似地当作光心，射向薄透镜中心的光线可认为无折射地通过。 （4）焦点平行光束经透镜折射或曲面镜反射后的交点。有实焦点和虚焦点两类。薄透镜两边的焦点对称。而一般透镜的第一焦点（物方焦点）和
10、第二焦点（像方焦点）不对称。 （5）主焦点平行于透镜的主光轴的平行光束，经反射或折射后和主光轴相交的点。 （6）副焦点平行于跟主光轴夹角不大的副光轴的光线，经透镜折射后会聚（或发散光线的反方向的延长线）于该副光轴上的一点。副焦点都处在焦平面上。 （7）焦平面通过透镜（球面镜）主焦点并和主光轴垂直的平面。和主光轴成任意角度的平行光线经折射后相交的交点，均处于焦平面上。 （8）焦距薄透镜的中心到焦点之间的距离。 （9）焦度透镜或透镜组焦距的倒数。会聚透镜的焦度规定为正，发散透镜的焦度规定为负。如果焦距用米作单位时，焦度的单位叫做屈光度；而眼镜的焦度通常用度作为单位，1 度为 1 屈光度的 1/10
11、0。 2. 蝴蝶杯： 中园古代有一种“蝴蝶杯”，非常奇异，只要斟酒入杯，自有蝴蝶在杯中翩翩起舞，杯中酒干。蝴蝶也就隐去。 图 4-5-6 (a)外表 b没酒(水)时蝴蝶在透镜焦点之外 （c）盛酒(水)时蝴蝶在透镜焦点之内 （d）光路图 图 4-5-6 是人们成功仿制的“蝴蝶杯”。它象个小巧玲珑的反口金铃，所以杯口截面比较大。这个反口金铃安在细脚的座上。杯底中央嵌装一枚凸透镜。在杯脚里以细弹簧装上一个彩蝶。彩蝶的位置在凸透镜的焦点以外。在怀内无酒时，彩蝶形成与人眼同侧的实象，人眼视之很模糊。当斟酒入杯时酒与杯中的凸透镜组合成为复合透镜。复合透镜的焦距比凸透镜的焦距大，彩蝶便落在这复合适镜焦距之内，形成了放大的虚像。人眼能很清楚地看到这个放大的蝴蝶。
