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4.5科学探究：凸透镜成像 教学设计
课题 4.5科学探究：凸透镜成像 单元 第四章 光的世界 学科 物理 年级 8
教材内容分析 本课时是教科版八年级上册第四章第 5 节内容，是光的折射知识的延伸与应用。教材先介绍透镜的种类、相关概念（主光轴、光心、焦点、焦距）及透镜对光的作用，再通过实验探究凸透镜成像规律，最后结合规律讲解放大镜、照相机、投影仪等实际应用。内容逻辑清晰，从基础概念到实验探究，再到生活应用，符合八年级学生由浅入深的认知规律，同时注重实验操作与理论结合，能培养学生的科学探究能力和将物理知识联系生活的意识。
2022新课标要求 2.3.5 了解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。探究并了解凸透 镜成像的规律。了解凸透镜成像规律的应用。4.2.8 探究凸透镜成像的规律。首先，要明晰凸透镜对光有会聚作用，凹透镜则是发散作用，这是光学中透镜的基础光学特性，是理解后续成像等知识的前提。其次，“探究并了解凸透镜成像的规律” 被多次强调，这体现出对实验探究与规律掌握的重视。通过实验，能发现物距、像距和焦距之间的关系，比如当物距大于二倍焦距时，成倒立、缩小的实像；物距在一倍焦距和二倍焦距之间时，成倒立、放大的实像；物距小于一倍焦距时，成正立、放大的虚像等。最后，了解凸透镜成像规律的应用也很关键，像照相机利用物距大于二倍焦距成倒立缩小实像的规律，投影仪利用物距在一倍到二倍焦距间成倒立放大实像的规律，放大镜则利用物距小于一倍焦距成正立放大虚像的规律，将光学知识与实际生活紧密联系，让知识更具实用性与生命力。
学习目标与核心素养 物理观念1.了解透镜的种类，凸透镜 “中间厚、边缘薄” 和凹透镜 “中间薄、边缘厚” 的特点。2.掌握主光轴、光心、焦点、焦距、物距、像距的概念。3.理解凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用，记住凸透镜成像规律。科学思维1.通过分析实验数据，归纳凸透镜成像规律，培养逻辑推理和数据处理能力。2.能运用凸透镜成像规律解释放大镜、照相机、投影仪的工作原理，提升知识迁移能力。科学探究1.参与凸透镜成像规律的探究实验，学会提出问题、猜想假设、设计实验、操作实验、收集数据、分析结论的完整探究流程。2.掌握实验中 “调节凸透镜、光屏、光源中心在同一高度” 等操作技巧，提高实验能力。科学态度与责任1.通过了解我国古代 “削冰取火” 的智慧，增强民族自豪感和对物理学科的兴趣。2.认识物理知识在生活中的广泛应用，体会科学技术对人类生活的影响，培养运用科学知识解决实际问题的意识。
学情分析 八年级学生已学习光的反射、折射等基础光学知识，对生活中的透镜应用（如放大镜、照相机）有一定感性认识，但缺乏对透镜成像规律的理性认知。学生具备初步的实验操作能力和逻辑思维能力，但在实验设计的严谨性、数据的分析归纳以及抽象规律的理解上仍存在不足。此外，“实像”“虚像”“焦距” 等概念较为抽象，学生容易混淆，需要通过直观实验和实例讲解帮助理解。
重点 1. 凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。2. 凸透镜成像规律。3. 凸透镜成像规律在放大镜、照相机、投影仪中的应用。
难点 1. 探究凸透镜成像规律的实验操作。2. 理解凸透镜成像规律中 “实像与虚像的分界点（u=f）”“放大与缩小像的分界点（u=2f）” 以及像距、像的大小随物距变化的规律。3. 运用凸透镜成像规律解释实际应用中的现象。
材料准备 1. 实验器材：光具座、凸透镜（焦距已知，如 f=10cm）、光源（或蜡烛）、光屏、火柴（若用蜡烛）。2. 教学道具：凸透镜、凹透镜实物，透镜对光作用的演示装置（平行光源、光屏），放大镜、照相机（或模型）、投影仪（或模型）。3. 多媒体资源：透镜种类及概念的图片、透镜对光作用的视频、凸透镜成像实验的操作视频、“削冰取火” 的史料图片或动画。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 1.展示 “削冰取火” 的史料图片，引用《博物志》中 “削冰令圆，举以向日，以艾于后承其影，则得火” 的记载，提问：“古人用冰能取火，大家知道其中的原理吗？冰制成的‘镜子’和我们平时用的镜子有什么不同？”2.引导学生观察桌上的凸透镜和凹透镜实物，初步感知两种透镜的外形差异，引出本节课主题 —— 透镜及其成像规律。 观察图片，聆听史料，思考教师提出的问题，尝试发表自己的猜想。. 触摸、观察凸透镜和凹透镜实物，对比两种透镜的外形特点，记录自己的发现。 以古代科技史料为切入点，激发学生的好奇心和民族自豪感，营造探究氛围。 通过实物观察，让学生对透镜形成直观认识。
讲授新课 一、认识透镜1. 讲解透镜的定义：利用折射改变光线传播方向的透明光学元件，折射面为两个球面或一个球面与一个平面。2. 结合图片和实物，介绍透镜的分类： 凸透镜：中间厚、边缘薄，展示其符号（中间有凸起的线段）。凹透镜：中间薄、边缘厚，展示其符号（中间有凹陷的线段）。3. 介绍透镜的相关概念：主光轴：通过两个球面球心的直线，用课件图示标注。 光心（O）：透镜的几何中心，强调 “通过光心的光线传播方向不变”，可通过简单演示验证。焦点（F）与焦距（f）：① 演示平行光源照射凸透镜，在主光轴上形成亮斑，指出该亮斑为凸透镜的实焦点，焦点到光心的距离为焦距。② 演示平行光源照射凹透镜，光线发散，将发散光线反向延长交于主光轴上一点，指出该点为凹透镜的虚焦点，同样介绍焦距概念。 ③ 提问：“凸透镜焦距越小，对光的偏折能力越强还是越弱？” 引导学生结合演示现象思考。二、透镜对光的作用1.播放 “凸透镜和凹透镜对光作用” 的视频，引导学生观察：凸透镜使平行于主光轴的光线会聚到焦点（会聚作用）。凹透镜使平行于主光轴的光线发散，反向延长线交于虚焦点（发散作用）。2. 用图示总结：“会聚” 是光线向主光轴靠拢，“发散” 是光线远离主光轴，帮助学生区分两种作用。三、探究凸透镜成像规律1. 提出问题与猜想假设：提问：“凸透镜所成的像有正倒、大小、虚实之分，这些成像特点与什么因素有关？” 引导学生结合生活经验（如放大镜看近处和远处物体的不同）猜想：可能与物体到透镜的距离（物距）、透镜的焦距有关。明确概念：物距（u）是物体到光心的距离，像距（v）是像到光心的距离。2. 设计实验：介绍实验器材：光具座、凸透镜（f=10cm）、光源、光屏，说明实验思路：保持焦距不变，改变物距，观察像的性质（正倒、大小、虚实）并测量像距。强调实验操作要点： ① 安装器材：发光物和光屏分别置于凸透镜两侧。② 调节 “三心等高”：使凸透镜中心、光屏中心、发光中心在同一高度，目的是让像成在光屏中央。3. 进行实验与收集数据：指导学生分组实验，分 5 种情况改变物距（u＞2f、u=2f、f＜u＜2f、u=f、u＜f），观察并记录： ① 光屏上是否成像（判断实像 / 虚像）。② 像的正倒、大小。 ③ 测量像距（若成像）。教师巡视各组实验，及时纠正操作错误（如光屏未调至清晰像的位置、数据测量偏差）。4. 分析数据与得出结论：展示各组实验数据，引导学生共同归纳凸透镜成像规律（结合表格）：强调关键分界点：① u=f：实像与虚像的分界点（u＞f 成实像，u＜f 成虚像）。 ② u=2f：放大与缩小像的分界点（u＞2f 成缩小像，f＜u＜2f 成放大像）。补充规律： ① 实像均为倒立、异侧，虚像均为正立、同侧。 ② 成实像时：物距减小→像距增大→像变大；物距增大→像距减小→像变小（“物近像远像变大”）。 ③ 成虚像时：物距减小→像距减小→像变小。四、凸透镜成像规律的应用1. 放大镜：展示放大镜实物，提问：“用放大镜看书本上的字，看到的像有什么特点？” 引导学生结合规律回答（u＜f，正立、放大的虚像）。演示 “放大镜看远处物体”（成倒立、缩小的实像），强化 “物距影响成像性质” 的认知。2. 照相机：展示照相机模型或图片，指出镜头相当于凸透镜，感光元件相当于光屏。 - 讲解成像原理：u＞2f，成倒立、缩小的实像（f＜v＜2f）。 提问：“想让照片中的像变大，该如何调节相机？” 引导学生结合 “物近像远像变大” 规律回答（物体靠近相机，拉长暗箱（增大像距））。3. 投影仪：展示投影仪模型或图片，指出镜头相当于凸透镜，投影片相当于物体，屏幕相当于光屏。讲解成像原理：f＜u＜2f，成倒立、放大的实像（v＞2f），说明投影片需 “倒放” 才能在屏幕上成正立的像。 认真聆听透镜定义，结合实物理解 “透明光学元件”“折射面” 的特点。对比凸透镜和凹透镜的外形，牢记 “中间厚边缘薄为凸透镜，中间薄边缘厚为凹透镜”，识别两种透镜的符号。观察教师演示，理解主光轴、光心、焦点、焦距的概念，记录：凸透镜有实焦点，凹透镜有虚焦点。 思考并回答教师关于 “焦距与偏折能力” 的问题。观看视频，对比凸透镜和凹透镜对平行光的作用，用自己的语言描述 “会聚” 和 “发散” 的特点。结合图示，明确 “光线向主光轴靠拢是会聚，远离主光轴是发散”，避免概念混淆。结合生活经验（如放大镜的使用），提出自己的猜想，明确物距、像距的定义。聆听实验器材介绍和操作要点，重点记住 “三心等高” 的调节方法及目的。分组进行实验，按要求改变物距，仔细观察光屏上的像（或通过透镜直接观察虚像），准确记录实验数据（填入表格），遇到问题及时向教师请教。参与数据分享与分析，结合各组数据归纳凸透镜成像规律，重点记忆 “两个分界点” 和 “实像、虚像的特点”，理解 “物近像远像变大” 的规律观察放大镜的使用，结合规律说出其成像原理，对比 “看近处” 和 “看远处” 的成像差异，加深对物距影响的理解。 观察照相机模型，聆听成像原理讲解，思考并回答 “调节像大小” 的问题，学会运用 “物近像远像变大” 规律解决实际问题。了解投影仪的结构，理解其成像原理，明白投影片 “倒放” 的原因，将规律与实际应用结合。 通过定义 + 实物 + 图示的结合，帮助学生建立透镜的基本认知，避免抽象化。 聚焦 “焦点”“焦距” 等核心概念，通过演示实验让学生直观感受，降低理解难度。视频演示比单纯讲解更直观，能让学生清晰观察到光线的传播变化，准确区分会聚和发散作用。遵循 “提出问题 — 猜想假设 — 设计实验 — 进行实验 — 分析结论” 的科学探究流程，培养学生的探究能力。强调实验操作要点，帮助学生规范实验步骤，提高实验成功率；分组实验能培养学生的合作能力和动手能力。引导学生自主归纳规律，而非直接灌输，培养逻辑推理和数据处理能力；重点强调 “分界点” 和 “变化规律”，帮助学生构建完整的知识体系。从学生熟悉的器材（放大镜、照相机）入手，将抽象规律与生活实例结合，让学生体会物理知识的实用性，提升知识迁移能力。
课堂练习 1.某同学让凸透镜正对着太阳光，用光屏在透镜的另一侧观察太阳光通过凸透镜后的现象，移动光屏使光斑最小、最亮，此时光斑离凸透镜16cm.据此，我们可确定此透镜的焦距为（ ） A.8 cm B.16cm C.32cm D.无法确定2.如图所示是光线通过透镜的光路图，其中正确的是（ ）3.如图所示，当用眼睛去观察镜子时，光束似乎是从M处发散开来的，则透镜的焦距是（ ） A.0.1m B.0.2m C.0.3m D.0.5m4.测绘人员绘制地图，需从飞机上向地面拍照，称为航空摄影，如照相机镜头焦距为5cm，则所成清晰像与镜头距离为 （ ） A.约10cm B.略大于5cm C.略小于5cm D.等于5cm5.某校学生进行“珍爱生命，远离毒品”的法制教育时放映幻灯片，发现屏幕上的画面小了点，应怎样调节（ ） A.放映机离屏幕远些，胶片离镜头远些 B.放映机离屏幕远些，胶片离镜头近些 C.放映机离屏幕近些，胶片离镜头远些 D.放映机离屏幕近些，胶片离镜头近些6.老奶奶用放大镜看报纸时，为了看到更大的清晰的像，应 （ ） A.报纸与眼睛不动，放大镜离报纸远些 B.报纸与眼睛不动，放大镜离报纸近些 C.报纸与放大镜不动，眼睛离报纸近些 D.报纸与放大镜不动，眼睛离报纸远些7.下列透镜中属于凸透镜的有________，属于凹透镜的有________。8.在“小小镜头，展家乡风貌”的活动中，某中学摄影小组的新新同学，在拍摄镜泊湖瀑布的时候，发现照相机底片上所成的像太小了，他应将照相机____________ （选填“靠近”或“远离”）瀑布，同时将暗箱____________ （选填“拉长”或“缩短”）。9.在做“探究凸透镜成像规律”的实验时： （1）小明发现所用的凸透镜没有标明焦距，于是他让太阳光平行于主光轴照射在凸透镜上，在透镜另一侧10cm得到一个最小的亮点，则凸透镜的焦距f=__________cm。 （2）小明将该凸透镜放在光具座上进行实验，蜡烛、凸透镜、白屏在光具座上的位置如图所示，其中明显还需要调整的是　　　　　。调整后，在白屏上恰好得到一个清晰的蜡烛的像，请你详尽地描述这个像的特点：______________________。 （3）此时，小明用一张白纸将凸透镜上半部挡住，成像性质将________ （选填“变化”或“不变化”）；像的亮度____________（选填“变亮”、“变暗”或“不变化”）。
课堂小结
板书 4.5 科学探究：凸透镜成像一、认识透镜1. 定义：透明光学元件（折射面：球面 / 球面 + 平面）2. 分类： 凸透镜：中间厚、边缘薄（符号：凸线段）凹透镜：中间薄、边缘厚（符号：凹线段）3. 概念：主光轴：过两球面球心的直线光心（O）：几何中心，光线过 O 方向不变焦点（F）：凸透镜（实焦点）、凹透镜（虚焦点）焦距（f）：焦点到光心的距离二、透镜对光的作用凸透镜：会聚（平行光→焦点）凹透镜：发散（平行光→反向延长线交虚焦点）三、凸透镜成像规律（f=10cm）关键：① u=f 分虚实；② u=2f 分大小；③ 实像倒立异侧，虚像正立同侧四、应用1. 放大镜：u＜f（正立、放大虚像）2. 照相机：u＞2f（倒立、缩小实像）3. 投影仪：f＜u＜2f（倒立、放大实像）
课外拓展/课外阅读内容 1. 拓展实验：“自制针孔相机与凸透镜相机对比”，引导学生用硬纸板、凸透镜、半透明膜自制简易相机，观察成像特点，对比针孔相机（小孔成像，倒立实像）与凸透镜相机的差异。2. 课外阅读：《透镜的发展简史》，了解从古代 “冰透镜” 到现代光学仪器（显微镜、望远镜）的发展历程，拓展光学知识视野。
特色资源分析和技术手段说明 1. 特色资源： 古代 “削冰取火” 史料：增强文化底蕴，激发学习兴趣。分组实验器材：让学生亲身体验探究过程，提升动手能力。 透镜应用实物 / 模型：将抽象规律与具体器材结合，降低理解难度。2. 技术手段：多媒体课件：展示图片、视频，直观呈现透镜概念、对光作用及实验操作，弥补传统演示的局限性。视频演示：播放凸透镜成像实验操作视频，规范学生实验步骤，帮助实验操作困难的小组理解流程。
教学反思 1. 成功之处：以史料导入，能有效激发学生兴趣；实验探究环节注重学生自主操作，符合新课标 “探究式学习” 的要求。结合生活实例讲解应用，让学生体会物理与生活的联系，提升知识应用能力。2. 不足与改进：部分学生在实验中对 “三心等高” 的调节不够熟练，导致像不成在光屏中央，下次教学可增加课前演示 “调节方法” 的环节，或提供简易调节口诀（如 “先调高低，再移光屏”）。对 “虚像” 的理解仍是难点，部分学生难以区分 “实像（能呈现在光屏）” 和 “虚像（不能呈现在光屏，需通过透镜观察）”，下次教学可增加 “直接观察虚像” 的体验环节（如用凸透镜近距离看手指），并对比实像和虚像的呈现方式。3. 后续计划：布置课后实践作业（如自制放大镜、观察投影仪成像），进一步巩固所学知识。下节课可简要介绍凹透镜的应用（如近视眼镜），为后续 “眼睛与眼镜” 的学习铺垫。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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