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5.3凸透镜成像的规律 教学设计
一、核心素养目标
1.物理观念：掌握凸透镜成像的完整规律，明确物距与焦距的不同关系（u>2f、f2.科学思维：通过实验数据的分析与归纳，培养“从定量数据抽象出定性规律”的逻辑思维；在探究成像规律的过程中，建立“控制变量、分类讨论”的科学思维方法；通过规律应用，提升“将物理规律转化为解决实际问题”的迁移思维能力。
3.科学探究：参与“探究凸透镜成像规律”的完整实验，熟练掌握“提出问题—猜想假设—设计方案—操作记录—分析论证—得出结论”的探究流程；能自主调节物距，准确测量像距，规范记录实验数据，培养实验操作、数据处理和误差分析能力。
4.科学态度与社会责任：通过严谨的实验操作和客观的数据分析，养成实事求是的科学态度；结合凸透镜成像规律在相机、显微镜等科技产品中的应用，认识物理规律对科技发展的推动作用；在小组合作探究中，培养沟通协作的团队意识和主动分享的科学精神。
二、教学重难点
1.教学重点
凸透镜成像规律的完整内容：明确物距（u）与焦距（f）的四种核心关系对应的成像特点——u>2f时，成倒立、缩小的实像，f2f；u=f时，不成像；uu。实验探究的核心方法：掌握“控制凸透镜焦距不变，改变物距，观察并记录像的性质与像距”的控制变量法。规律的核心应用：理解“物近像远像变大，物远像近像变小”的实像调节规律，并能解释照相机、投影仪的调节原理；明确放大镜的成像条件与特点。
2.教学难点
实验数据的分析与规律归纳：难以从零散的实验数据中提炼出“物距与焦距的关系决定成像性质”的核心规律，易混淆不同物距范围的成像特点。实像与虚像的动态变化理解：对“u=f是实像与虚像的分界点，u=2f是放大与缩小实像的分界点”的理解模糊，无法灵活判断物距变化时成像性质的改变。规律的逆向应用：已知成像特点，难以反向推导物距范围或焦距大小，如“已知成倒立放大的实像，判断物距与焦距的关系”。实验操作的细节把控：调节烛焰、凸透镜、光屏“三者中心在同一高度”时操作不规范，导致像无法成在光屏中央；测量像距时读数误差较大。
三、教学环节设计
（一）情境导入：从“矛盾现象”引发探究欲
回顾上节课内容，展示两个对比情境：①用凸透镜拍摄远处的树，光屏上成缩小的像；②用同一凸透镜作为投影仪镜头，投影片成放大的像。开展互动提问：“为什么同一个凸透镜，有时成缩小的像，有时成放大的像？像的性质与什么因素有关？”学生结合生活经验，猜测“与物体到透镜的距离有关”。教师进一步演示：将蜡烛逐渐靠近凸透镜，观察光屏上像的变化（先变小后变大，最后成虚像），追问：“物体到透镜的距离（物距）如何影响像的大小、正倒和虚实？今天我们就通过实验揭开凸透镜成像的神秘规律。”引出本节课主题——《凸透镜成像的规律》。
（二）实验准备：明确器材与核心概念
1.器材介绍与作用说明
展示实验器材：光具座、凸透镜（已知焦距f=10cm，提前告知学生）、蜡烛、光屏、火柴。开展互动指认：“各器材的作用是什么？”学生回答后，教师补充：①光具座：便于测量物距（u，物体到凸透镜的距离）和像距（v，像到凸透镜的距离）；②凸透镜：作为成像元件；③蜡烛：提供光源（物体）；④光屏：承接实像（虚像无法承接）。
2.核心操作规范：三者中心等高
教师演示错误操作：蜡烛、凸透镜、光屏中心不在同一高度，光屏上无法成完整的像。开展互动探究：“如何调节才能让像成在光屏中央？”学生上台尝试，总结出“将蜡烛、凸透镜、光屏的中心调节到同一高度（或同一水平线）”的规范，教师解释原理：“确保烛焰的像能准确成在光屏的中央位置，便于观察和测量。”
3.实验变量与探究思路
明确实验思路：控制凸透镜焦距f不变（f=10cm），改变物距u，观察并记录像的性质（正立/倒立、放大/缩小、实像/虚像）和像距v。开展互动讨论：“我们需要探究哪些物距范围？”引导学生结合猜测，确定核心探究的物距范围：①u>2f（u=30cm）；②u=2f（u=20cm）；③f（三）实验探究：分组操作与数据记录
组织学生分组实验（4人一组，分工：操作蜡烛、调节光屏、读数记录、观察像的性质），教师巡视指导，针对关键步骤开展互动引导。
1.探究1：u>2f（u=30cm）
操作步骤：将蜡烛固定在光具座30cm刻度处，凸透镜固定在50cm刻度处（u=50cm-30cm=20cm>2f=20cm？修正：蜡烛在20cm刻度处，凸透镜在50cm刻度处，u=30cm>2f），移动光屏找到最清晰的像。互动提问：“光屏上的像是什么样子的？像距v是多少？”学生记录：像倒立、缩小，v=15cm（f2.探究2：u=2f（u=20cm）
操作步骤：将蜡烛移至30cm刻度处，u=20cm=2f，移动光屏找像。互动汇报：“像的性质是什么？像距多少？”学生发现：像倒立、等大，v=20cm=2f。教师强调：“u=2f是成放大实像和缩小实像的分界点，这一特点可用于测量凸透镜的焦距。”
3.探究3：f操作步骤：蜡烛移至35cm刻度处，u=15cm（f2f。教师关联应用：“这就是投影仪的成像原理，投影片放在f4.探究4：u=f（u=10cm）
操作步骤：蜡烛移至40cm刻度处，u=10cm=f，移动光屏。互动发现：“光屏上找不到清晰的像，只能看到一片光斑。”教师解释：“u=f时，光线经凸透镜后平行射出，无法会聚成实像，u=f是实像与虚像的分界点。”
5.探究5：u操作步骤：蜡烛移至45cm刻度处，u=5cm6.数据汇总与分享
各小组将实验数据记录在黑板的汇总区，教师引导学生对比不同小组的数据，讨论“误差来源”（如像的清晰程度判断不同、读数误差），强调“实验数据需尊重客观现象，误差不可避免但可减小”。
（四）规律总结：从数据到核心规律
1.分组讨论：提炼成像规律
组织学生分组讨论，围绕以下问题分析数据：①不同物距范围内，像的正倒、放大缩小、实虚有什么特点？②像距随物距的变化有什么规律？③实像和虚像的分界点是什么？放大和缩小实像的分界点是什么？各小组代表发言后，师生共同完善规律。
2.核心规律梳理
结合数据，师生互动总结：①u>2f：倒立、缩小、实像，f2f，物距减小→像距增大→像变大；④u=f：不成像，分界点（实像与虚像）；⑤uu，物距增大→像距增大→像变大。
3.规律口诀与记忆技巧
为帮助学生记忆，师生共同提炼口诀：“一焦分虚实，二焦分大小；物远像近像变小，物近像远像变大；实像倒立异侧，虚像正立同侧。”开展互动解读：“‘一焦’指u=f，‘二焦’指u=2f；‘异侧’指实像与物体在透镜两侧，‘同侧’指虚像与物体在透镜同侧。”通过口诀强化规律记忆。
（五）规律应用：解决实际问题
1.解释生活中的成像现象
开展互动提问：①“照相机拍照时，想让像变大，应如何调节相机？”学生结合规律回答：“靠近被拍摄物体（减小u），同时拉长镜头与感光元件的距离（增大v），遵循‘物近像远像变大’。”②“投影仪投出的像太小，如何调节？”学生回答：“减小投影片与镜头的距离（减小u），增大投影仪与屏幕的距离（增大v）。”③“用放大镜看字，想让字更大，应如何做？”学生回答：“在u2.实验异常现象分析
展示实验中常见的异常情况：①光屏上找不到像；②像成在光屏上方。开展互动探究：“原因是什么？如何解决？”学生分组讨论后总结：①找不到像的可能原因：u3.定量计算与规律应用
给出例题：“已知凸透镜焦距f=15cm，物体放在距离透镜25cm处，成什么特点的像？像距范围是多少？”学生分步分析：①确定u=25cm，f=15cm，判断f2f=30cm。教师强调：“先判断物距与焦距的关系，再对应成像规律，是解决此类问题的核心思路。”
（六）拓展延伸：探究焦距对成像的影响
提出拓展问题：“如果换用焦距更小的凸透镜（f=5cm），物体仍放在u=20cm处，成像特点会如何变化？”组织学生猜想后，教师演示实验：换用f=5cm的凸透镜，u=20cm>2f，光屏上成倒立、缩小的实像，像距v=6cm（f四、重点知识归纳概括
1.核心概念界定
物距（u）：物体到凸透镜光心的距离；像距（v）：像到凸透镜光心的距离；焦距（f）：焦点到光心的距离，是凸透镜的固有属性。实像：由实际光线会聚形成，能呈现在光屏上，与物体在透镜异侧，倒立；虚像：由光线反向延长线形成，不能呈现在光屏上，与物体在透镜同侧，正立（凸透镜成虚像时）。
2.凸透镜成像完整规律
①物距u>2f：成像性质为倒立、缩小的实像，像距f2f，应用为投影仪、幻灯机；④物距u=f：不成像，光线平行射出，应用为制作平行光源；⑤物距uu，应用为放大镜。
3.关键分界点与调节规律
两个分界点：①焦点（u=f）：实像与虚像的分界点，u>f成实像，u2f成缩小实像，f4.实验操作与误差控制
实验关键操作：①调节烛焰、凸透镜、光屏中心在同一高度，确保像成在光屏中央；②移动光屏时，以“最清晰的像”作为判断标准，避免主观误差；③测量物距和像距时，以凸透镜光心为基准点，而非透镜边缘，减小测量误差。常见误差来源：①像的清晰程度判断不同；②光具座刻度读数估读误差；③三者中心调节不到位，导致像不完整。
5.易错点辨析
易错点1：混淆实像与虚像的成因，纠正：实像由实际光线会聚形成，虚像由光线反向延长线形成，可通过“能否用光屏承接”区分。易错点2：调节规律记忆错误，纠正：实像“物近像远像变大”，虚像“物远像远像变大”，关键看物距是否在焦距以内。易错点3：忽略焦距对成像的影响，纠正：判断成像性质前，必须明确物距与焦距的关系，而非仅看物距大小。易错点4：实验中找不到像的原因分析不全，纠正：从“u五、教学总结及反思
1.教学总结
本节课以“实验探究”为核心，围绕“凸透镜成像规律”展开，从生活中的矛盾现象导入，通过完整的实验流程，让学生自主探究不同物距范围的成像特点，最终归纳出完整的成像规律及调节方法。教学中注重“学生主体地位”，通过分组实验、互动讨论、规律应用等环节，突破了“数据归纳”“分界点理解”等难点；结合照相机、投影仪等生活应用，强化了规律的实用价值；通过口诀记忆和异常现象分析，帮助学生夯实基础，落实了核心素养目标。
2.教学反思
（1）成功之处：采用“问题驱动+实验探究”的模式，将抽象规律转化为直观的实验现象，符合八年级学生“从具象到抽象”的认知规律；实验分组分工明确，让每位学生都参与到操作、记录、分析的过程中，提升了实验技能；规律总结时结合口诀和生活应用，降低了记忆难度；通过异常现象分析，培养了学生的问题解决能力。
（2）改进方向：部分学生在实验中对“最清晰的像”判断不准确，导致像距测量误差较大，后续教学可准备“带网格的光屏”，帮助学生更精准地判断像的清晰度；对于“u=f时不成像”的理解，仅靠实验演示不够深入，可补充光路图，从光线传播角度解释“平行光无法会聚”的原理；在规律应用环节，可增加“动态成像”的模拟演示（如用动画展示物距变化时像的动态变化），帮助学生建立动态思维。
（3）教学启示：凸透镜成像规律是光学部分的核心内容，实验是掌握规律的关键，教学中应给足学生实验时间，让学生在“做中学、错中悟”；要关注学生的思维过程，通过追问“为什么”“如何判断”，引导学生从现象深入本质；同时要加强规律与生活的联系，让学生体会“物理有用、物理有趣”，提升学习积极性和应用能力。
六、课堂练习
1.已知凸透镜的焦距为10cm，当物体放在下列哪个位置时，成倒立、放大的实像（）
A.距离透镜8cm处B.距离透镜15cm处C.距离透镜20cm处D.距离透镜30cm处
2.关于凸透镜成像的规律，下列说法中正确的是（）
A.实像一定是倒立的，虚像一定是正立的
B.实像和虚像都能呈现在光屏上
C.物体靠近凸透镜时，像一定变大
D.物体在2倍焦距处时，成正立、等大的实像
3.用照相机拍摄远处的景物，若想让景物的像更大一些，下列操作中正确的是（）
A.增大照相机与景物的距离，同时增大镜头与胶片的距离
B.增大照相机与景物的距离，同时减小镜头与胶片的距离
C.减小照相机与景物的距离，同时增大镜头与胶片的距离
D.减小照相机与景物的距离，同时减小镜头与胶片的距离
4.完成下列填空：（1）凸透镜成像的规律中，________是实像和虚像的分界点，________是放大实像和缩小实像的分界点。（2）当物体在凸透镜的2倍焦距以外时，成________、________的实像，像在________之间，应用是________。（3）当物体在凸透镜的1倍焦距以内时，成________、________的虚像，应用是________，此时物距增大，像的大小会________。（4）用凸透镜观察物体时，若在光屏上找不到像，可能的原因是________（写出一种即可）。（5）某凸透镜焦距为12cm，物体距离透镜18cm，成________、________的实像，像距范围是________。
5.某同学在探究凸透镜成像规律的实验中，记录了如下实验数据，请根据数据回答问题：
实验次数1：物距u=30cm，像距v=15cm，像的性质：倒立、缩小、实像
实验次数2：物距u=20cm，像距v=20cm，像的性质：倒立、等大、实像
实验次数3：物距u=15cm，像距v=30cm，像的性质：倒立、放大、实像
实验次数4：物距u=10cm，像距v=无，像的性质：不成像
实验次数5：物距u=5cm，像距v=无，像的性质：正立、放大、虚像
（1）该凸透镜的焦距是多少？依据是什么？（2）分析实验次数1、2、3的数据，可得出什么实像调节规律？（3）实验次数5中，若想让虚像更大一些，应如何调节物体与透镜的距离？（4）若用该凸透镜制作投影仪，投影片应放在什么物距范围？
6.小明用焦距为10cm的凸透镜做实验，将蜡烛放在光具座的A点（距离透镜15cm），光屏放在B点（距离透镜30cm），此时光屏上成清晰的像。请回答：（1）此时成什么特点的像？（2）若将蜡烛向右移动5cm（靠近透镜），光屏应如何移动才能再次成清晰的像？移动后像的大小如何变化？（3）若将蜡烛继续向右移动，直到距离透镜8cm处，此时光屏上还能成清晰的像吗？如何观察到像？（4）若在蜡烛和透镜之间放一个近视眼镜（凹透镜），光屏上的像会变模糊，应如何调节光屏才能再次成清晰的像？
七、练习答案及解析
1.答案：B解析：凸透镜成倒立、放大实像的条件是f2.答案：A解析：A正确，凸透镜成实像一定倒立，成虚像一定正立；B错误，虚像不能呈现在光屏上；C错误，u>f时，物体靠近透镜像变大，u3.答案：C解析：照相机成实像，遵循“物近像远像变大”的规律，想让像变大，需减小物距（照相机靠近景物），增大像距（镜头与胶片距离变大）。故选C。
4.答案：（1）焦点（u=f）；2倍焦距点（u=2f）（2）倒立；缩小；1倍焦距和2倍焦距；照相机（3）正立；放大；放大镜；变大（4）物体在焦点以内（或物体在焦点上、三者中心不等高）（5）倒立；放大；大于24cm解析：（5）f=12cm，u=18cm，f2f=24cm。
5.答案：（1）焦距f=10cm，依据是实验次数2中u=20cm时成倒立、等大的实像，此时u=2f，故f=10cm。（2）实像调节规律：物距减小，像距增大，像变大（或“物近像远像变大”）。（3）在u6.答案：（1）f=10cm，u=15cm（f21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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