资源简介

第3节 凸透镜成像的规律
第1课时 探究凸透镜成像的规律
课题 探究凸透镜成像的规律 课型 新授课
教学目标 知识目标 1.理解凸透镜的成像规律.2.知道凸透镜成放大、缩小、实像和虚像的条件.
能力目标 1.能在探究活动中，初步获得提出问题的能力.2.通过对凸透镜成像现象的观察分析，总结出凸透镜成像规律，并用列表的方法归纳出凸透镜成放大或缩小、正立或倒立、实像或虚像的条件.培养从物理现象中归纳科学规律的方法.
素养目标 1.通过研究凸透镜成像的实验，以及对其成像规律的分析有意识地渗透辩证唯物主义观点.2.通过探究活动，激发学生的学习兴趣，培养学生对科学的求知欲，使他们乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，勇于探究日常生活中的物理学规律.3.注意培养学生乐于参与观察、试验、制作的兴趣.
教学重点 对凸透镜成像规律的理解和认识. 教具准备 凸透镜、蜡烛、火柴、光屏、刻度尺、多媒体课件.
教学难点 指导学生在探究过程中，建立起实验与物理模型之间的必然联系. 教学课时 1课时
课前预习 1.物距是指 物体到透镜 的距离，用u表示；像距是指 像到透镜 的距离，用v表示.
2.当凸透镜成像时：（1）u>2f，成 倒立 、 缩小 的 实 像，此时像距v的范围为 f2f ；（3）当u3.凸透镜成的实像有 缩小 、等大、 放大 三种，而虚像只有 放大 的.实像与物体在透镜的 两 侧，虚像与物体在透镜的 同 侧.
备课笔记
巩固复习 教师引导学生复习上一节内容，并讲解布置的作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
新课导入 通过上节课的学习，我们知道照相机、投影仪里面都有凸透镜，放大镜本身就是凸透镜，并且照相机能使景物在相片上成倒立的像，所成的像比物体小;投影仪能把小的胶片上的画面放大到屏幕上，供大家观看，这就说明所成的像比物体大，是倒立的；放大镜能把微小的物体放大，使我们看清楚它们，所成的像是正立、放大的.你们想进一步了解它们吗？想了解什么？生1：凸透镜在什么条件下成正立的像，什么情况下成倒立的像？生2：什么情况下成放大的像，什么情况下成缩小的像 生3：什么情况下用光屏能承接到像，什么情况下在光屏上不成像？生4：什么条件下像与物在凸透镜两侧，什么条件下在凸透镜同侧？同学们提出这么多问题，说明同学们认真思考了，这样非常好.现在，我们就根据上节学的知识大胆猜测，通过实验和探究活动来解决.
进行新课 探究凸透镜成像规律的实验 教师引导学生根据上一节所学知识探究凸透镜成像规律.生1：照相时物体到凸透镜的距离比投影仪上胶片到凸透镜的距离大，这说明像是放大还是缩小的与物体到凸透镜的距离有关.生2：照相时底片到凸透镜的距离比投影仪的屏幕到凸透镜的距离小，这说明像是放大还是缩小的与像到凸透镜的距离有关.生3：照相机中镜头的凸透镜比投影仪镜头小，这说明像是放大还是缩小的与凸透镜的大小有关.生4：照相机和投影仪的物体和像在凸透镜的两侧，放大镜的像与物体在同侧.这说明成倒立还是正立的像和物体在同侧还是两侧有关.生5：放大镜要看清物体，离物体的距离一般要比照相机、投影仪中凸透镜离物体的距离小，这说明物体成正立、倒立的像与物体到凸透镜的距离有关.同学们猜想得很好.现在逐一讨论看看有没有哪个能排除掉.生：像是放大还是缩小与凸透镜的大小有关，可以排除.因为有的放大镜直径比照相机镜头直径小，也能成放大的像，有的摄影师拿的大焦距的镜头比投影仪的镜头大，成的像还是缩小的，所以可以排除掉.这个同学说得很好，我们鼓掌表示鼓励.现在我们设计实验来验证上面的猜想是否正确.学生分组讨论，制定实验方案，教师巡回指导.现在我们桌子上有光具座（上面的滑座可以插蜡烛、光屏、透镜，能来回移动，从刻度尺上能观察出它们之间的距离关系）、蜡烛（做物体用）、光屏（白色的硬纸板作屏）、凸透镜（焦距在10~20 cm之间），我们先测出凸透镜的焦距.生1：让凸透镜在阳光下来回移动，找到最小、最亮的点，用刻度尺量出亮点与凸透镜光心之间的距离，这就是凸透镜的焦距.生2：也可以让凸透镜离灯光5 m以外，找亮点，测定出凸透镜的焦距.教师引导学生动手测出凸透镜的焦距，并设计实验方案：①把透镜放在光具座标尺中央，从透镜的位置开始在左右两边的标尺上用粉笔标出等于焦距和2倍焦距的位置.
特别提醒：
在移动光屏寻找最清晰的像时要注意——要将光屏移过那个位置，发现像又逐渐模糊后，再往回移动，可重复两次，直到感觉像最清晰为止.因为如果不移过那个位置，就无法判断下一个位置像是不是会更清晰.
知识拓展：
随着实验的进行，蜡烛不断燃烧会使烛焰的像越来越靠近光屏的上端，这时的调节方法有三种：（1）将光屏向上移动；（2）将蜡烛向上移动；（3）将凸透镜向下移动.
进行新课 ②点燃蜡烛，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.（注意：此操作的目的是使烛焰通过凸透镜所得的像呈现在光屏中央，便于观察与比较像与物体的关系）③把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置上，调整光屏到透镜的距离，使烛焰在光屏上成一个清晰的像，观察像的大小、正倒，测出蜡烛与凸透镜、凸透镜与光屏间的距离.把数据记录成表.④继续把蜡烛向凸透镜靠近，调整光屏到透镜的距离，使烛焰在光屏上成一个清晰的像，观察像的变化是放大还是缩小，是正立还是倒立，测出蜡烛与凸透镜、凸透镜与光屏的距离，将数据记录成表.⑤当蜡烛移到一定位置上时，光屏上不能成像，用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像，把蜡烛与凸透镜的距离、像与凸透镜的距离，像的大小，像的正倒，填入表格.值得注意的是：在同一个物距范围内要取两组以上的物距探究凸透镜成像的规律，此操作的目的是为了排除偶然因素，使实验结论更具有一般性.学生们认真做实验，教师巡视并进行指导，实验结束，教师组织讨论、提问、进行总结.生1：当把蜡烛放在2倍焦距以外的位置，像在凸透镜的另一侧，成倒立、缩小的像.像与凸透镜的距离在1倍焦距和2倍焦距之间.（如图甲）生2：当把蜡烛放在2倍焦距的位置，像在凸透镜的另一侧，像的大小与物体大小相等，是倒立的，像与凸透镜的距离也等于2倍焦距.（如图乙）生3：当把蜡烛放在1倍焦距和2倍焦距之间的位置时，像在凸透镜的另一侧，成倒立、放大的像，像与凸透镜的距离大于2倍焦距.（如图丙）生4：当把蜡烛放在1倍焦距的位置时，光屏不成像.生5：当把蜡烛放在1倍焦距之内，光屏上不成像，像与蜡烛在凸透镜同侧，成正立、放大的像.（如图丁）生6：当把蜡烛放在大于凸透镜焦距的位置时，物体成倒立的像.当物体从较远处向透镜靠近时像逐渐变大，像到透镜的距离也逐渐变大.生7：当物体与透镜的距离小于焦距时，物体成正立、放大的像.这个像光屏上得不到.
备课笔记
进行新课 凸透镜成像的规律同学们总结得非常好.物体与凸透镜的距离叫物距，用u表示，像与凸透镜的距离叫像距，用v表示.板书：凸透镜成像的规律：1.当u>2f时,成倒立、缩小的实像；2.当2f>u>f时，成倒立、放大的实像；3.当uv时, 成倒立、缩小的实像；2．当u备课笔记
知识拓展：
1.“一焦分虚实,二焦分大小”这句话的意思是:在凸透镜成像规律中,主光轴上有两个分界点,第一个是焦点,第二个是2倍焦距点.以焦点为界,物在焦点外成实像,物在焦点以内成虚像.以2倍焦距点为界,物在2倍焦距以外成缩小的像,在2倍焦距点以内(焦点到2倍焦距点间)成放大的实像.
2.“物近像远像变大,物远像近像变小”这句话的意思是:在凸透镜成实像时,随着物距减小,所成像变大,像距也跟着变大.反之,随着物距增大,所成像变小,像距也跟着变小.
3.在凸透镜成实像时,当物在2倍焦距外,成像在焦点到2倍焦距之间;当物在焦点至2倍焦距之间,成像在2倍焦距以外.
进行新课 ③若u＜f,烛焰成虚像时，只能透过透镜用眼睛直接观察，光屏上不能承接到像.④若u=f，烛焰在焦点发出的光经凸透镜折射成平行光，不成像，在光屏上也不可能承接到像.（2）探究不完整凸透镜的成像情况 探究名称：探究不完整凸透镜的成像情况.提出问题：凸透镜不完整时，成像情况怎么样？猜想与假设：可能只能得到部分像，也可能得到仍完整的像，但亮度减弱.制定计划与设计实验：选一焦距为10~20cm的凸透镜，研究蜡烛成的像，用一块白色的硬纸板作屏，承接烛焰的像，如图所示.把蜡烛放在离凸透镜距离适当的位置上， 调整光屏到凸透镜的距离，使蜡烛焰在屏上成一个清晰的像；然后用一纸板挡住凸透镜的一部分（模拟不完整的凸透镜），观察像的情况.进行实验：（1）把蜡烛放在离凸透镜二倍焦距的位置上，调整光屏到凸透镜的距离为二倍焦距，使烛焰在屏上成一个清晰的像；（2）用一纸板挡住凸透镜的上半部，观察屏上成像的情况；（3）反复遮住与不遮，对比观察两种情况下的成像情况.分析论证：看到的现象是：凸透镜不完整时，仍得到完整的像，但亮度减弱.本实验中，用纸板遮住凸透镜的一部分，被遮住的部分便没有光线通过，相当于将凸透镜打去一半，其效果是一样的.因此得出的结论比较有说服力.得出结论：当凸透镜不完整时，仍能成完整的像，所成的像亮度减弱不如原来的清晰.
教学板书
课堂小结 同学们，今天这节课我们通过实验探究了凸透镜在不同条件下成像的规律以及凸透镜成像规律的实验中出现的状况.这节课的知识还需要大家多联系实际理解运用.好，这节课就学到这，谢谢！
教材习题解答 【教材P98“想想议议”】查看实验数据，凸透镜成放大的像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小的像时，物距跟像距相比，哪个比较大？由此你可以得出什么结论？凸透镜所成的像有没有正立的实像？有没有倒立的虚像？解：凸透镜成放大的像时，物距小于像距；成缩小的像时，物距大于像距.由此可以得出结论：物距越大，像距越小，像也越小；物距越小，像距越大，像也越大.凸透镜所成的像中没有正立的实像，也没有倒立的虚像.【教材P99“动手动脑学物理”】
规律总结：
不管成实像还是虚像，成放大的像时必定像距大于物距，成缩小像时必定像距小于物距.
教材习题解答 2.找一个圆柱形的玻璃瓶，里面装满水.把一支铅笔放在玻璃瓶的一侧，透过玻璃瓶，可以看到那支笔（如图）.如果把笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢地移动，你会看到什么现象？实际做一做，验证你的猜想.与前面用凸透镜所做的实验相比，这两个实验有什么共同之处？有什么不同？解：装水的玻璃瓶相当于一个柱面透镜.当铅笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢移动时，透过玻璃瓶会看到铅笔尖逐渐变长，到某一位置时，铅笔尖突然改变方向.如果用凸透镜做实验，当铅笔由靠近凸透镜的位置向远处慢慢移动时，透过凸透镜会看到铅笔逐渐变大，而形状保持不变，到某一位置时，铅笔尖也会突然改变方向.实验中开始看到的是虚像，而“改变方向”后的像为实像.没有光屏的情况下，光线透过凸透镜会聚成实像，继续向前传播射入眼中，光是从实像的位置发出的，就如同看实际物体一样.实像不用光屏也能看到.一位同学利用类似如图所示的器材做实验，先用焦距为20cm的透镜甲进行实验，在屏上得到了清晰的缩小实像.接下来他想改用焦距为10cm的透镜乙继续进行实验.如果不改变发光体和凸透镜的位置，要在光屏上成清晰的像，光屏应该向哪个方向移动？解：向左移动.（提示：若改用焦距为10cm的透镜，此时物距是大于二倍焦距，则其所成的像的像距应在一倍焦距到二倍焦距之间，故应向左移动光屏）5.小明同学做探究凸透镜成像规律的实验中，光屏上得到发光体清晰的像，但他不小心用手指指尖触摸到了凸透镜，这时光屏上会出现怎样的情况？小勇说，光屏上会有指尖的像；小强说，光屏上会出现指尖的影子.你说呢？解：没有手指的像也没有手指的影子.因为手指遮挡了凸透镜的一部分，但是折射光线仍可以到达光屏上，只是这时所成的像会暗一点.
难题解答 【例】某物理实验小组用蜡烛、凸透镜和光屏在光具座上研究凸透镜成像规律.（1）如果凸透镜焦距为10cm，当透镜到蜡烛的距离为15cm时，移动光屏，在光屏上得到倒立的 的实像.（2）当光屏上出现烛焰清晰的像时，如果用遮光板挡住透镜的上半部分，我们观察光屏时，将会在光屏上看到（ ）A.烛焰像的下半部分B.烛焰像的上半部分C.烛焰完整的像，像的亮度变暗D.烛焰完整的像，像的亮度不变解析：（1）根据凸透镜成像的规律，当物体位于凸透镜的1倍焦距之外，2倍焦距之内时，物体通过凸透镜成一个倒立、放大的实像；（2）当用遮光板挡住透镜的上半部分时，蜡烛烛焰发出的光仍有一部分通过凸透镜的下半部分成像.但由于通过凸透镜的光减少，所以成的像亮度变暗.答案：（1）放大（2）C
布置作业：教师引导学生课后完成本课时对应练习，并预习下一课时内容.
教学反思 1.本课内容是本章的核心，它是学生在学习第2节“生活中的透镜”，对生活中常用的透镜及对其成像情况获得丰富、具体的感性认识的基础上，带着问题，用实验探究的方法总结出凸透镜成像的规律.2.新教材以探究凸透镜成像情况与物距关系有关为主线，安排了学生“提出问题、猜想、设计实验、进行实验、分析与结论”等教学过程，让学生经历产生兴趣、发现问题、激发矛盾、进一步解决问题的过程.很好地体现了新教材让学生在体验知识的形成、发展过程中，主动获取知识的精神.3.本节的难点是学生对实验数据的分析和论证.特别是凸透镜成实像时，动态规律：“物近像远像变大,物远像近像变小”，这可以用多媒体动画演示凸透镜成像，从而让学生自己找到其中的规律.
教学过程中老师的疑问：
教师点评和总结
备课笔记
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