资源简介

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5.1透镜 教学设计
一、核心素养目标
1.物理观念：认识凸透镜和凹透镜的基本结构，明确两种透镜的外形特征（中间与边缘厚度差异）；掌握凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用，理解“主光轴、光心、焦点、焦距”等核心概念；建立“透镜作用与光线传播规律相关”的认知，知道透镜在生活中的广泛应用。
2.科学思维：通过观察透镜对光线的作用，培养“从现象归纳本质”的抽象思维；在画透镜光路图时，掌握“依据作用规律确定光线方向”的逻辑思维；通过分析透镜应用场景，建立“结构决定功能”的辩证思维，提升知识迁移能力。
3.科学探究：参与“辨别透镜种类”“探究透镜对光的作用”等互动实验，学会“设计方案—操作观察—记录现象—归纳结论”的探究方法；在测量凸透镜焦距的活动中，掌握多种测量方法，培养实验操作和创新探究能力。
4.科学态度与社会责任：结合透镜在眼镜、相机、显微镜等设备中的应用，认识物理知识的实用价值；通过规范操作实验器材和尊重实验现象，养成严谨求实的科学态度；在小组合作探究中，培养沟通协作的团队意识和应用知识解释生活现象的责任意识。
二、教学重难点
1.教学重点
透镜的分类与结构：能准确区分凸透镜（中间厚、边缘薄）和凹透镜（中间薄、边缘厚），识别两种透镜的外形差异。透镜的光学作用：明确凸透镜对平行光有会聚作用，凹透镜对平行光有发散作用，能通过实验现象验证这一特性。核心概念：理解主光轴（通过透镜两个球面球心的直线）、光心（透镜中心，光线过此处传播方向不变）、焦点（平行光经透镜后会聚或发散的交点）、焦距（焦点到光心的距离）的定义。光路图绘制：掌握凸透镜和凹透镜的三条特殊光线（平行于主光轴的光线、过光心的光线、过焦点的光线）的光路绘制方法。凸透镜焦距测量：掌握“太阳光会聚法”“平行光聚焦法”测量凸透镜焦距的方法。
2.教学难点
透镜作用的本质理解：难以从“光线传播方向变化”抽象出“会聚”与“发散”的本质，易混淆两种透镜的作用；对“会聚”“发散”的判断，易受光线传播路径直观印象的干扰，忽略“相对于入射光线的传播方向”这一判断标准。焦点与焦距的理解：难以区分凸透镜的实焦点和凹透镜的虚焦点，对“虚焦点是发散光线反向延长线交点”的概念理解模糊。光路图绘制：在绘制凹透镜的发散光路时，难以准确画出光线的反向延长线及虚焦点；对“过焦点的光线经凸透镜后平行于主光轴”的规律应用不熟练。特殊场景的透镜识别：无法根据生活中透镜的应用效果（如近视镜、远视镜）反推透镜种类及作用，缺乏知识迁移能力。
三、教学环节设计
（一）情境导入：从“生活中的透镜”引发探究
展示一组生活中含透镜的物品图片：近视眼镜、远视眼镜、相机镜头、放大镜、显微镜。开展互动提问：“这些物品中都藏着一种重要的光学元件——透镜。大家拿起自己的近视或远视眼镜，观察镜片的外形有什么特点？用它看近处的字，会看到什么现象？”学生观察后发言，教师追问：“为什么有的镜片能放大字，有的却能让字变小？这些镜片的作用有什么不同？”通过生活中熟悉的物品，自然引出本节课主题——《透镜》，激发学生探究透镜结构与作用的兴趣。
（二）新课讲授：透镜的分类与结构——外形辨种类
1.实物观察：区分凸透镜与凹透镜
组织学生分组观察实验器材：每组发放凸透镜（放大镜镜片、远视镜片）和凹透镜（近视镜片、门镜镜片）各两块。开展互动观察任务：①用手触摸镜片的中间和边缘，感受厚度差异；②用镜片观察书上的文字，记录看到的现象（放大、缩小、正立）。学生观察后汇报，教师引导总结：中间厚、边缘薄的是凸透镜，用它看字会放大；中间薄、边缘厚的是凹透镜，用它看字会缩小。
2.结构对比：明确核心特征
在黑板上画出凸透镜和凹透镜的截面图，标注“中间”和“边缘”位置。开展互动辨析：“老师这里有一块镜片，中间和边缘厚度相近，它是凸透镜还是凹透镜？”引导学生明确“判断的核心是中间与边缘的厚度差，而非绝对厚度”。补充说明：透镜的两个表面可以是球面的一部分，也可以是平面，只要满足“中间与边缘厚度差异”的特征，就是凸透镜或凹透镜。
（三）新课讲授：透镜的光学作用——探究对光的影响
1.实验探究：凸透镜对光的作用
组织分组实验，师生互动完成：①实验器材：凸透镜、平行光源（手电筒）、白色硬纸板。②实验操作：将凸透镜正对平行光源，在透镜另一侧移动硬纸板，观察硬纸板上的光斑变化。③互动引导：“当硬纸板上出现最亮、最小的光斑时，这个光斑是什么？”学生猜测后，教师明确“这是平行光经凸透镜会聚形成的焦点”。④现象总结：平行光经凸透镜后会会聚到一点，说明凸透镜对光有会聚作用。
拓展互动：“用凸透镜正对太阳光，在焦点处放一张纸，会看到什么现象？”学生动手尝试（教师强调“避免长时间聚焦引发火灾”），观察到纸被烤焦，强化“凸透镜会聚光的能量”的认知。
2.实验探究：凹透镜对光的作用
用凹透镜替换凸透镜，重复上述实验。开展互动观察：“平行光经凹透镜后，硬纸板上能形成最亮、最小的光斑吗？”学生发现光斑发散，无法会聚。教师引导：“将发散的光线反向延长，会交于一点，这个点是凹透镜的虚焦点。”总结现象：平行光经凹透镜后会发散，发散光线的反向延长线交于虚焦点，说明凹透镜对光有发散作用。
3.互动辨析：“会聚”与“发散”的判断标准
在黑板上画出两组光线：①凸透镜使入射光线向主光轴靠拢；②凹透镜使入射光线远离主光轴。开展互动提问：“判断透镜是会聚还是发散，关键看什么？”引导学生明确：“不是看光线最终是否会聚，而是看光线相对于入射光线的传播方向——向主光轴靠拢是会聚，远离主光轴是发散。”纠正“凹透镜的光线最终不会聚，就是没有作用”的错误认知。
（四）新课讲授：透镜的核心概念——明确科学定义
结合透镜光路图，师生共同梳理核心概念：①主光轴：通过透镜两个球面球心的直线，用虚线表示。②光心：透镜的中心一点（O点），光线经过光心时，传播方向不变。③焦点：平行于主光轴的光线经凸透镜后会聚的点（实焦点，用F表示）；平行于主光轴的光线经凹透镜后发散，反向延长线交于的点（虚焦点，用F'表示）。④焦距：焦点到光心的距离（f），用刻度尺测量。
1.互动实验：测量凸透镜的焦距
组织学生用“太阳光会聚法”测量焦距：①将凸透镜正对太阳光，在透镜另一侧放硬纸板，移动硬纸板找到最小最亮的光斑；②用刻度尺测量光斑到透镜中心的距离，即为焦距。开展互动比赛：“哪组能最快、最准确地测出凸透镜的焦距？”测量后，各小组汇报数据，教师点评“测量时透镜中心与刻度尺零刻度对齐”的规范操作。
2.概念辨析：实焦点与虚焦点
开展互动提问：“凸透镜的焦点和凹透镜的焦点有什么不同？”引导学生总结：“凸透镜的实焦点是实际光线会聚形成的，能在硬纸板上呈现；凹透镜的虚焦点是光线反向延长线形成的，不能在硬纸板上呈现，只能用虚线画出。”通过“能否呈现在光屏上”区分实虚焦点，突破概念理解难点。
（五）新课讲授：透镜的光路图——规范绘制方法
明确“画光路图的核心是遵循透镜对光的作用规律”，师生互动绘制三条特殊光线的光路图。
1.凸透镜的三条特殊光线
①平行于主光轴的光线：经凸透镜后过焦点。教师示范绘制，强调“光线从空气射入透镜，过焦点后继续传播”；学生模仿绘制，教师巡视纠正“光线未过焦点”的错误。②过光心的光线：传播方向不变。互动强调：“无论从哪个方向射向光心，光线都沿直线传播，不改变方向。”③过焦点的光线：经凸透镜后平行于主光轴。开展互动推导：“这是第一条光线的可逆过程，根据光路可逆性，过焦点的光线经凸透镜后会平行于主光轴。”学生动手绘制，小组内互相检查。
2.凹透镜的三条特殊光线
①平行于主光轴的光线：经凹透镜后，折射光线的反向延长线过虚焦点。教师示范绘制，强调“折射光线发散，反向延长线用虚线，交于虚焦点”；学生绘制时，教师重点纠正“未画虚线”“虚焦点位置错误”的问题。②过光心的光线：传播方向不变。与凸透镜规律一致，学生可自主绘制，教师点评。③指向凹透镜另一侧虚焦点的光线：经凹透镜后平行于主光轴。互动引导：“结合光路可逆性，平行于主光轴的光线反向延长线过虚焦点，那么指向虚焦点的光线经凹透镜后会平行于主光轴。”学生绘制后，展示优秀作品，规范绘制标准。
（六）新课讲授：透镜的生活应用——知识迁移
1.眼镜与透镜：判断透镜种类
展示近视镜和远视镜，开展互动探究：“用手触摸镜片，判断是凸透镜还是凹透镜？结合透镜作用，分析近视和远视患者佩戴眼镜的原理。”学生发现：近视镜是凹透镜，能发散光线，使像成在视网膜上；远视镜是凸透镜，能会聚光线，矫正视力。教师补充：“老花镜与远视镜原理相同，也是凸透镜。”
2.其他应用：解释透镜作用
播放短视频：放大镜放大文字、相机拍摄景物、显微镜观察细胞。开展互动讨论：“这些设备中的透镜是凸透镜还是凹透镜？它们利用了透镜的什么作用？”学生发言后，教师总结：放大镜利用凸透镜的会聚作用放大物体；相机镜头由多组凸透镜组成，会聚光线成像；显微镜的目镜和物镜都是凸透镜，通过两次放大形成清晰的像。
3.互动拓展：设计简易放大镜
任务：用凸透镜制作简易放大镜，观察书上的小字，改变透镜与字的距离，记录像的变化。学生动手操作后汇报：“透镜与字的距离越近，像越大，但太近会模糊。”教师解释：“放大镜的放大效果与物距（物体到透镜的距离）有关，后续会深入学习。”激发学生对后续知识的兴趣。
四、重点知识归纳概括
1.透镜的分类与结构
分类：根据中间与边缘的厚度差异，分为凸透镜和凹透镜。凸透镜：中间厚、边缘薄，外形呈“鼓形”，如放大镜、远视镜镜片；凹透镜：中间薄、边缘厚，外形呈“碟形”，如近视镜、门镜镜片。判断方法：①触摸法：感受中间与边缘的厚度差；②观察法：透过镜片看近处物体，放大的是凸透镜，缩小的是凹透镜；③光学法：对平行光有会聚作用的是凸透镜，有发散作用的是凹透镜。
2.核心概念与光学作用
核心概念：主光轴（过两球面球心的直线）、光心（透镜中心，光线过此处传播方向不变）、焦点（凸透镜：平行光会聚点，实焦点；凹透镜：发散光线反向延长线交点，虚焦点）、焦距（焦点到光心的距离，用f表示）。光学作用：凸透镜对光有会聚作用，能使平行光会聚于实焦点，应用于放大镜、远视镜、相机等；凹透镜对光有发散作用，能使平行光发散，其反向延长线交于虚焦点，应用于近视镜、门镜等。
3.特殊光线光路图规律
凸透镜：①平行于主光轴→经透镜后过实焦点；②过光心→传播方向不变；③过实焦点→经透镜后平行于主光轴。凹透镜：①平行于主光轴→经透镜后，折射光线反向延长线过虚焦点；②过光心→传播方向不变；③指向另一侧虚焦点→经透镜后平行于主光轴。光路图绘制规范：①主光轴用实线，虚焦点、反向延长线用虚线；②光线用带箭头的实线，标注传播方向；③标注光心O、焦点F（实焦点）或F'（虚焦点）、焦距f。
4.凸透镜焦距测量方法
太阳光会聚法：将凸透镜正对太阳光，在另一侧移动硬纸板，找到最小最亮的光斑，用刻度尺测量光斑到光心的距离，即为焦距（注意：避免阳光长时间聚焦引发危险）。平行光聚焦法：用平行光源替代太阳光，重复上述操作，适用于室内实验。成像法：将凸透镜正对近处物体，移动透镜直到看到清晰放大的像，测量物体到透镜的距离，粗略判断焦距（适用于快速估算）。
5.易错点辨析
易错点1：混淆透镜作用，纠正：判断会聚或发散，关键看光线相对于入射光线是否向主光轴靠拢，而非最终是否会聚。易错点2：虚焦点概念模糊，纠正：凹透镜的虚焦点是光线反向延长线的交点，不是实际光线会聚形成的，不能呈现在光屏上。易错点3：光路图绘制错误，纠正：凹透镜的反向延长线用虚线，凸透镜的实焦点用实线标注；过焦点的光线经凸透镜后一定平行于主光轴。易错点4：透镜应用与种类对应错误，纠正：近视镜是凹透镜（发散），远视镜是凸透镜（会聚），不要混淆。
五、教学总结及反思
1.教学总结
本节课以“透镜的结构—作用—应用”为核心主线，从生活中的透镜情境切入，通过实物观察、实验探究、互动辨析等环节，让学生掌握了凸透镜和凹透镜的分类、结构及光学作用；明确了主光轴、光心、焦点、焦距等核心概念；学会了两种透镜特殊光线的光路图绘制方法和凸透镜焦距的测量技巧。教学中注重“从具象到抽象”的认知规律，通过动手实验和互动讨论，突破了“会聚与发散判断”“虚焦点理解”等难点，同时结合眼镜、相机等生活应用，让学生体会了物理知识的实用价值，落实了核心素养目标。
2.教学反思
（1）成功之处：采用“实物观察+实验探究”的教学模式，让学生在动手操作中直观感受透镜的结构与作用，避免了抽象概念的生硬讲解；“互动辨析”环节针对性强，有效纠正了学生对“会聚、发散”“实虚焦点”等概念的错误认知；光路图绘制采用“教师示范+学生模仿+小组互评”的方式，规范了绘制标准，提升了学生的绘图能力；结合生活应用的拓展环节，激发了学生的学习兴趣，强化了知识迁移能力。
（2）改进方向：部分学生在绘制凹透镜的光路图时，仍会出现“反向延长线未交于虚焦点”的问题，后续教学可制作“光路图步骤卡片”，明确“先画折射光线，再反向延长找虚焦点”的步骤；对于“透镜作用的微观原理”，仅靠实验现象分析不够深入，可补充“透镜对光线的折射作用”的简要说明，帮助学生理解“会聚与发散的本质是光的折射”；在生活应用环节，可增加“辨别老花镜和近视镜”的实操任务，让学生结合所学知识解决实际问题，提升应用能力。
（3）教学启示：透镜是光学部分的基础内容，教学中应充分利用实物和实验，让学生在“看、摸、做”中建立直观认知，再逐步抽象到概念和规律；要关注学生的易错点，通过针对性的互动辨析和强化训练，帮助学生夯实基础；同时要注重知识与生活的联系，让学生体会“物理源于生活、服务生活”，提升学习积极性和应用能力。
六、课堂练习
1.下列关于透镜的说法中，正确的是（）
A.中间厚、边缘薄的透镜是凹透镜
B.凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用
C.凸透镜的焦点是虚焦点，凹透镜的焦点是实焦点
D.光线经过透镜的光心后，传播方向会发生改变
2.下列物品中，用到凸透镜的是（）
A.近视眼镜B.近视眼镜C.相机镜头D.门镜
3.关于凸透镜对光的作用，下列说法中正确的是（）
A.凸透镜只能使平行于主光轴的光线会聚
B.凸透镜能使任何光线都会聚到一点
C.平行于主光轴的光线经凸透镜后会会聚到实焦点
D.凸透镜的会聚作用是指光线经过透镜后一定沿直线传播
4.完成下列填空：（1）透镜分为________和________两类，中间厚、边缘薄的是________，中间薄、边缘厚的是________。（2）通过透镜两个球面球心的直线叫做________，透镜的中心一点叫做________，光线经过这一点时，传播方向________。（3）平行于主光轴的光线经凸透镜后会会聚到一点，这个点叫做________，它到光心的距离叫做________，用符号________表示。（4）凹透镜对平行光有________作用，其发散光线的________会交于一点，这个点叫做凹透镜的虚焦点。（5）用太阳光测量凸透镜焦距时，硬纸板上出现的________的光斑，就是凸透镜的焦点，测量光斑到________的距离，即为焦距。
5.画出下列两种情况下的光路图：（1）平行于主光轴的光线经凸透镜后的传播路径；（2）过凹透镜光心的光线和指向凹透镜虚焦点的光线的传播路径。（要求：标注主光轴、光心O、焦点F或F'，光线用带箭头的实线，虚焦点和反向延长线用虚线）
6.某同学用太阳光会聚法测量一个凸透镜的焦距，实验步骤如下：①将凸透镜正对太阳光，在透镜另一侧放置一张白色硬纸板；②缓慢移动硬纸板，直到硬纸板上出现一个最亮、最小的光斑；③用刻度尺测量光斑到凸透镜边缘的距离，记录为10cm。请回答：（1）该同学的测量结果是否正确？为什么？（2）若测量方法正确，测得的焦距为10cm，当平行光经该凸透镜后，会会聚到距离光心多远的位置？（3）若用该凸透镜作为放大镜，观察近处的文字，要使文字的像更大更清晰，应将透镜远离文字还是靠近文字？（4）若将一个物体放在该凸透镜的焦点处，平行于主光轴的光线经物体反射后射向凸透镜，这些光线经凸透镜后会沿什么方向传播？
七、练习答案及解析
1.答案：B解析：A错误，中间厚、边缘薄的是凸透镜；B正确，凸透镜会聚光，凹透镜发散光；C错误，凸透镜是实焦点，凹透镜是虚焦点；D错误，光线过光心传播方向不变。故选B。
2.答案：C解析：A、B错误，近视眼镜是凹透镜；C正确，相机镜头是凸透镜；D错误，门镜是凹透镜。故选C。
3.答案：C解析：A错误，凸透镜对任何光线都有会聚作用，并非只对平行光；B错误，发散的光线经凸透镜后可能仍发散，但会向主光轴靠拢；C正确，平行于主光轴的光线经凸透镜后会聚到实焦点；D错误，会聚作用是指光线向主光轴靠拢，不是沿直线传播。故选C。
4.答案：（1）凸透镜；凹透镜；凸透镜；凹透镜（2）主光轴；光心；不变（3）实焦点；焦距；f（4）发散；反向延长线（5）最亮、最小；光心解析：本题考查透镜的基本概念和特性，需牢记凸透镜与凹透镜的结构差异、核心概念定义及光学作用。
5.答案：（1）平行于主光轴的光线经凸透镜后，折射光线过实焦点，标注主光轴、光心O、实焦点F，光线用带箭头实线；（2）过凹透镜光心的光线传播方向不变；指向凹透镜虚焦点的光线经凹透镜后，折射光线平行于主光轴，标注主光轴、光心O、虚焦点F'，虚焦点和反向延长线用虚线，光线用带箭头实线。解析：绘制时需遵循特殊光线规律，注意实虚线区分和符号标注规范。
6.答案：（1）不正确，原因是测量的是光斑到凸透镜边缘的距离，而焦距是光斑（焦点）到光心的距离，应测量光斑到透镜中心的距离。（2）10cm，因为焦距是焦点到光心的距离，测量正确时焦点距光心10cm。（3）远离文字，放大镜的放大效果与物距有关，在焦距内，物距越大（透镜远离文字），像越大（注意：物距不能超过焦距，否则不成虚像）。（4）平行于主光轴传播，根据光路可逆性，过焦点的光线经凸透镜后平行于主光轴，物体在焦点处，反射光线相当于过焦点的光线，经透镜后平行于主光轴。解析：（1）核心是明确焦距的定义（焦点到光心的距离）；（2）直接应用焦距定义；（3）结合放大镜的使用经验和透镜成像规律；（4）利用光路可逆性分析光线传播方向。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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