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第五章　透镜及其应用
第1节　透镜
【知识与技能】
1．了解什么是凸透镜，什么是凹透镜，了解凸透镜和凹透镜对光的作用。
2．了解透镜的焦点、焦距。
【过程与方法】
1．让学生进一步熟悉探究式学习的一般程序和方法。
2．重点培养学生“提出问题”的能力。
【情感、态度与价值观】
鼓励学生探究凸透镜和凹透镜在日常生活中的应用， 培养他们将科学技术应用于日常生活、 社会实践， 服务于人类的意识。
【教学重点】
通过观察和实验，了解什么是凸透镜和凹透镜及它们对光的作用。
【教学难点】
指导学生对实验进行仔细观察、分析，最后通过概括得出结论。
凸透镜和凹透镜对光的作用
【提出问题】
　　生活中的照相机、投影仪都是利用透镜工作的。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？
【讨论交流】
学生阅读教材，讨论归纳透镜的特点。
【归纳总结】
1．透镜：至少有一个面是球面的一部分的透明玻璃元件。
凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜，如：远视镜片。
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，这种透镜叫作薄透镜。
2．主光轴：组成透镜的两个球面的球心连线叫作主光轴。
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，这一点叫作透镜的光心，可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心。
【实验探究】
利用凸透镜和凹透镜尝试研究它们对光的作用是怎样的。学生观察并记录，老师利用电脑动画展示光路分析图，归纳总结。
【知识总结】
凸透镜对光线有会聚作用，所以也叫会聚透镜。凹透镜对光线有发散作用，所以也叫发散透镜。
焦点和焦距
【课堂讨论】
通过上面的实验可以发现，射到地面的太阳光是相互平行的，叫作平行光，凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫作焦点(focus)，用“F”字母表示；焦点到光心的距离叫作焦距(focal length)，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。
说明：实验证明，透镜两侧各有一个焦点，两侧焦距相等。
请同学思考过光心的光线经透镜后传播方向会如何？经过凸透镜焦点的光线经凸透镜后会怎样？射向异侧焦点的光线经凹透镜后会怎样？
【自主探究】
根据所提问题，同学们自主设计实验，观察现象，对所得结果进行分析。
【知识总结】
1．凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫作焦点(focas)，焦点到光心的距离叫作焦距。
2．过光心的光线经透镜后传播方向不改变，如下图：
3．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：
通过凸透镜焦点的光线折射后平行于主光轴。
通过凹透镜异侧虚焦点的入射光线，折射后平行于主光轴。
第五章　透镜及其应用
第1节　透镜
一、凸透镜和凹透镜对光的作用
凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用。
二、焦点和焦距
1．凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫作焦点(focus)，焦点到光心的距离叫作焦距。
2．通过透镜的光线特点。
第2节　生活中的透镜
【知识与技能】
1．了解透镜在日常生活中的应用。
2．知道照相机、投影仪、放大镜成的像。
【过程与方法】
1．凸透镜成像时， 简单比较物到透镜的距离与像到透镜的距离。
2．能简单描述凸透镜成像的几种情况的主要特征。
【情感、态度与价值观】
培养学生对科学的求知欲望，建立科学技术应用于实际的意识。
【教学重点】
凸透镜成像的几种情况的主要特征， 物距与像距的大小比较。
【教学难点】
通过观察照相机、投影仪、放大镜的像，再经过分析、综合、最后得出它们各自成的像。
照相机
【提出问题】
节日家人团聚或外出旅游，总要留影作纪念，这就需要照相机，同学们有没有想过照相机为什么能拍照？照相机前面的镜头是什么透镜？照相机的构造是什么样的？为什么同样的照相机能拍出全景和不是全景的照片？为什么照片中景物比实物小？
【实验探究】
用两个粗细相近的纸筒，使一个纸筒刚好能套入另一个，在小的纸筒前面固定一个凸透镜，在大的纸筒前面固定一个半透明塑料薄膜作为屏幕，把纸筒有屏幕的一端朝里，套入较大的纸筒，就制成了模拟照相机。按照方案制作好后，对准某个人或物体，拉动纸筒改变透镜和屏幕之间的距离，能观察到什么？
观察现象并思考，回答以上问题。
【知识总结】
照相机的镜头相当于一个凸透镜，来自物体的光经过照相机镜头后会聚到胶卷上，形成一个倒立、缩小的像。拍照时，物体离镜头比较远。
投影仪
【课堂讨论】
教学中常用到投影仪，现在观察它的结构，想想使用它有什么优点？
【自主探究】
教师动画演示： 把投影仪上的平面镜(反光镜)取下，投影片放到载物台上(正放)，调节镜头，在天花板上就能得到投影片上图案的像，再把反光镜安上，把图案打到银幕上。天花板上得到一个倒立、放大的像。用平面镜使像反射到银幕上。实物投影仪能直接投影实物。投影仪成倒立、放大的像。
绘制有关投影仪成像的光路图：
【知识总结】
投影仪的构造和照相机的构造相似，都有凸透镜，不同点是：照相机的物体离镜头比较远，成倒立、缩小的像；投影仪的物体离镜头比较近，成倒立、放大的像。
放大镜
【提出问题】
放大镜是凸透镜，也是常用的光学仪器之一。现在用它看书上的字观察有什么现象？用放大镜看远处的物体会怎样？
【自主探究】
放大镜能使书上的字放大，字是正立的，说明放大镜能成正立、放大的像。
放大镜成像和照相机、投影仪不同，放大镜成像是正立的，投影仪和照相机成像是倒立的。
刚开始移动放大镜，离书越远，字越大，到了一定距离以后，字变模糊。伸直胳膊拿着放大镜看外面的景物是倒立、缩小的。
【知识总结】
放大镜是凸透镜，当看近处物体时，能成正立、放大的像。
实像和虚像
【提出问题】
刚才我们通过自己动手、观察、研究了照相机、投影仪、放大镜的成像特点。它们都是通过凸透镜实现成像的，但他们的成像原理相同嘛？有什么不一样的地方？
【课堂讨论】
回顾刚才的实验，学生分成小组讨论，归纳总结。
【知识总结】
1．照相机和投影仪成像是光通过凸透镜射出会聚所成。如果把感光胶片放在那里，是可以记录所成的像，这种像叫作实像。物体和实像分别于凸透镜的两侧。
2．同平面镜所成的像是虚像的原理一样，放大镜所成的像也是虚像。凸透镜成虚像时，通过凸透镜射出的光没有会聚，只是人眼逆着出射光方向看去，感到光是从放置物体那一侧的虚像发出的，所以物体和虚像位于凸透镜的同侧，虚像无法用光屏承接。
第五章　透镜及其应用
第2节　生活中的透镜
一、照相机、投影仪和放大镜
1．照相机镜头相当于一个凸透镜，能成一个倒立、缩小的像。物体离镜头远。
2．投影仪镜头相当于一个凸透镜，能成一个倒立、放大的像。物体离透镜很近。
3．放大镜是凸透镜，能成一个正立、放大的像。物体离透镜很近。
二、实像和虚像
1．如果光屏放在像的位置能够承接到所成的像，这种像叫作实像。与物体分别位于凸透镜的两侧。
2．如果光屏放在像的位置不能承接到所成的像，这种像叫作是虚像，与物体位于凸透镜的同侧。
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
【知识与技能】
1．理解凸透镜成像的规律。
2．知道凸透镜成放大、缩小实像和虚像的条件。
【过程与方法】
1．通过探究活动， 体验科学探究的全过程和方法，直观感受凸透镜的成像规律。
2．学习从物理现象中归纳科学规律的方法。
【情感、态度与价值观】
通过实验探究活动，让学生直观的感受到凸透镜的成像规律，感受物理学探究实验的乐趣。
【教学重点】
理解和认识凸透镜成像的规律。
【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联系。
凸透镜成像的规律
【提出问题】
在上一节的实验中，我们探究了生活中的凸透镜：照相机、投影仪和放大镜，它们成像时的物体和像到凸透镜的距离有什么特点？请思考一下，什么是物距、像距？使用凸透镜产生这么多的现象，所成的像有哪些特点？成像的条件是什么呢？请同学们大胆做出猜想。
【自主探究】
查阅资料知道，物体到凸透镜的距离叫作物距；像到凸透镜的距离叫作像距。照相机和投影仪都成倒立的实像，所不同的是：物体离照相机的镜头比较远，成缩小的像；物体离投影仪的镜头比较近，成放大的像。放大镜成放大、正立的虚像，物体离放大镜很近。
可见，像的虚实、大小、正倒跟物体离凸透镜的距离(物距)有关系。
【实验探究】
器材：光具座、光具座附件、蜡烛、火柴、凸透镜、光屏。
　　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。
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，直到不能在光屏上得到烛焰的像；
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、缩小的实像和倒立、放大的实像。
探究二：探究凸透镜成倒立、放大的实像和倒立、缩小的实像的规律。
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。
实验表格
物距 成像性质 像距 应用
u＞2f
u＝2f
2f＞u＞f
u＝f
u＜f
【知识总结】
1．当物距大于焦距时，生成倒立实像，当物距小于焦距时，生成正立虚像，并且虚像比物体的尺寸大。
当物距大于2倍焦距时，像距在f～2f之间，得到了倒立、缩小的实像。当物距等于2倍焦距时，像距等于2倍焦距，得到了倒立、等大的实像。当物距在1倍焦距与2倍焦距之间时，像距大于2倍焦距，得到了倒立、放大的实像。
2．当成虚像时，像与物的左右相反，上下相同；当成实像时，像与物的左右、上下均相反。
当成实像时，物距增大，像距近减小，像变小；当成虚像时，物距增大，像距增大，像变大。
第五章　透镜及其应用
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
一、物距与像距
二、凸透镜成像的规律
第2课时　凸透镜成像规律在生活中的应用
【知识与技能】
知道凸透镜成像规律在生活中的应用。
【过程与方法】
结合之前的探究活动，查阅资料，归纳总结有关凸透镜成像规律的应用。
【情感、态度与价值观】
培养学生对科学的求知欲， 乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，勇于探究日常用品中的物理学原理。
【教学重点】
了解凸透镜成像规律在生活中的应用。
【教学难点】
分析在照相机等物体在成像过程中，物距、像距与焦距的关系。
凸透镜成像规律在生活中的应用
【提出问题】
结合第1课时所学知识，请学生思考，照相机、投影仪和放大镜都有凸透镜，成的像都不一样，有大小、正倒和虚实的差异，是什么原因影响了凸透镜所成的像？
【自主探究】
物距 成像性质 像距 应用
u＞2f
u＝2f
2f＞u＞f
u＝f
u＜f
　　记录照相机、投影仪和放大镜结构中凸透镜的焦距和物距、像距的大小，相互比较填入上表。
【知识总结】
第五章　透镜及其应用
第3节　凸透镜成像的规律
第2课时　凸透镜成像规律在生活中的应用
第4节　眼睛和眼镜
【知识与技能】
1．了解眼睛的构造，知道眼睛看见物体的原理。
2．了解眼镜是怎样矫正视力的。
【过程与方法】
1．通过观察实验和实践，培养学生理论联系实际、实事求是、求真务实的科学态度。
2．培养学生的观察能力、思维能力、参与组织能力和实践能力。
【情感、态度与价值观】
培养学生珍惜生命、关爱健康的意识，能自觉注意保护视力，培养学生将科学技术应用于日常生活的意识
【教学重点】
培养学生用前面所学凸透镜成像规律的知识，加深对眼睛的了解。
【教学难点】
将科学知识应用于日常生活的意识的培养。
眼睛的结构及功能
【课堂讨论】
多媒体播放眼睛的构造图和模型。
展示：多媒体播放照相机和人眼球的对比图片
眼睛是一架“神奇”的照相机
教师总结：晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜，视网膜相当于光屏，当物体的像成在视网膜上时，我们就看见物体了。
向学生提问：我们是如何看清远处与近处的景物的？学生自由讨论交流。【自主探究】
学生阅读教材内容，观察老师提供的眼球的自动调焦演示视频，归纳总结。
【知识总结】
1．看远处与近处景物通过改变晶状体形状，使景物的像始终落在视网膜上，就看清楚了。
2．对比眼睛与照相机的结构：
　　　　　
瞳孔——光圈　　　　　　晶状体——镜头
视网膜——胶片 晶状体的厚薄调节——调焦
近视眼及其矫正
【提出问题】
资料：近视眼只能看清近处的物体，看不清远处的物体。近视眼的视网膜距晶状体过远或者晶状体太厚，折光能力太强，致使远处射来的平行光线还未到达视网膜就已聚成一点，而当光到达视网膜时又都分散开，形成一个模糊的光斑，因此看不清远处的物体。
那么近视眼镜的矫正是怎么做到让近视眼看清物体的呢？
【自主探究】
学生可以观察身边的近视眼镜，进行有关的实验，总结它的特点和作用。
　　参考器材：光具座，凸透镜，蜡烛，光屏，火柴，近视眼镜(凹透镜)。
方案：组装好器材，使烛焰的像落在光屏前方，此时像变得模糊。把凹透镜放在凸透镜前观察。
现象：光屏上出现了烛焰清晰的像。
结论：近视眼用凹透镜矫正。
【知识总结】
近视眼会使光线会聚点提前，所以利用近视眼镜(凹透镜)能使光发散的特点来矫正。
远视眼及其矫正
【提出问题】
远视眼是由于晶状体太薄，近处物体的像成在了视网膜后面而看不清。引导学生设想用凸透镜将光线会聚，使近处物体传来的光线仍能会聚在视网膜上，从而看清近处的物体。那么远视眼又是如何来矫正的呢？
【自主探究】
根据刚才对近视眼如何矫正的推测，引导学生自己设计实验，小组合作探究，探究远视眼的矫正。
【知识总结】
远视眼会使光线会聚点置后，所以利用远视眼镜(凸透镜)能使光会聚的特点来矫正。
眼镜的度数，保护眼睛
【知识拓展】
1．透镜的焦度(Φ)：透镜焦距的倒数。
公式：Φ＝(f为透镜焦距)。
单位：Φ：m－1；f：m。
2．眼镜度数＝透镜焦度×100。
3．凸透镜的度数用正数表示，凹透镜的度数用负数表示。
儿童、青少年眼睛中的晶状体弹性强，睫状体的调节能力大，但是如果看书写字的姿势不正确，书本放得离眼太近，或采光、照明条件不好，或持续用眼的时间过长，都会使睫状体内的肌肉持续收缩。晶状体凸度增大，久而久之，一旦看远方物体时，睫状体内的肌肉就不能放松。变凸的晶状体也不能恢复到正常状态，这样就造成了假性近视。
发生假性近视以后，如果仍不注意采取有效的防治措施，就会造成变凸的晶状体不能恢复正常，会变成真性近视。所以同学们平时要注意保护好自己的眼睛。
第五章　透镜及其应用
第4节　眼睛和眼镜
一、眼睛的结构及功能
成像特点：倒立、缩小的实像；调节：改变焦距。
二、近视眼及其矫正
近视眼(会聚点提前)：凹透镜矫正。
三、远视眼及其矫正
远视眼(会聚点置后)：凸透镜矫正。
四、眼镜的度数，保护眼睛
第5节　跨学科实践：制作望远镜
【知识与技能】
了解望远镜的基本结构。
【过程与方法】
亲自动手实验，利用身边的凸透镜和纸筒制作简易望远镜。
【情感、态度与价值观】
通过探究活动， 体验探究的乐趣， 使学生乐于观察、实验。初步认识科学技术对于社会发展和人类生活的影响。
【教学重点】
知道望远镜的基本结构。
【教学难点】
根据凸透镜成像原理，能够自己动手制作简易望远镜。
制作望远镜
　　项目分析：
了解望远镜的构造：
1．望远镜的组成：
2．望远镜的物镜的直径很大，能够会聚更多的光，使得所成的像更明亮。
3．物镜的焦距比较长，目镜的焦距比较短，它们的焦点是重合的。
物镜的作用相当于照相机，成缩小的实像。
目镜的作用相当于放大镜，成放大的虚像。
如图甲所示是天文望远镜的内部结构，其原理图如图乙所示。
【实验探究】
设计简易望眼镜：
(1)确定望远镜的放大倍率
自制望远镜选用单片凸透镜作为目镜和物镜。为了使成像质量好一些，其放大倍率不宜过大。去放大倍率2～3倍即可。
(2)选择物镜和目镜
可以直接购买凸透镜片，或者利用身边的放大镜片和老花镜片。根据放大倍率的要求，选择适当焦距的凸透镜分别作为物镜和目镜。除了满足焦距的需求，物镜的直径还应该比目镜的直径大一些。物镜应该选择焦距较长、直径较大的凸透镜。目镜选择焦距较短、直径较小的凸透镜。
(3)设计镜筒
为了让望远镜可以对不同远近物体进行观察，需要调节两个凸透镜之间的距离。镜筒可以设计成两段，让物镜镜筒比目镜的粗一些，这样套在一起便于调节。观察最远处的物体时，两块凸透镜之间的距离约等于两块凸透镜的焦距之和，观察较近处的物体时，两块凸透镜之间的距离要稍大些。
(4)制作和调试望远镜
根据所选凸透镜的焦距和直径制作镜筒。
(5)试用与调整。
用制作的简易望远镜观察物体，调整镜筒之间的距离，保证能够看到清晰的像。
(6)展示交流
完成制作后，请同学们展示成果，介绍自己的制作方案，分享自己的收获。
【知识总结】
望远镜这节课的重点是理解望远镜的物镜和目镜的工作原理，要想让学生理解它的工作原理，必须使学生具备一定的先前知识，那就是照相机、投影仪和放大镜的工作原理。学生只有在理解它们的工作原理的基础上，才能够上好本节课。通过亲自动手实验制作望远镜，既提高了学生们的学习兴趣，也巩固了他们对透镜成像的理解。
第五章　透镜及其应用
第5节　跨学科实践：制作望远镜
1．望远镜的结构：目镜和物镜。
2．实践活动：制作望远镜。

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