资源简介

5.2生活中的透镜 教学设计
一、核心素养目标
1 物理观念：认识照相机、投影仪、放大镜的基本结构，理解它们基于凸透镜成像的工作原理，能说出不同设备成像的特点（正倒、大小、虚实），建立透镜成像与生活应用的关联认知。
2 科学思维：通过观察实验现象和分析设备结构，归纳凸透镜成像的规律，培养分析、概括及逻辑推理能力，能运用成像规律解释生活中透镜的应用现象。
3 科学探究：经历探究照相机、投影仪、放大镜成像特点的实验过程，掌握观察法、实验法等科学探究方法，提升实验操作、现象记录与分析能力。
4 科学态度与责任：感受透镜成像技术在生活、科技中的广泛应用，认识物理与生活的密切联系，激发探究光学现象的兴趣，培养运用物理知识解释生活现象的意识。
二、教学重难点
1 重点：照相机、投影仪、放大镜的成像特点；凸透镜成像规律在三种设备中的具体应用；能根据成像特点区分三种设备的成像条件。
2 难点：理解凸透镜成像规律与设备结构的对应关系；实验探究中控制变量法的运用；运用成像规律解释生活中与三种设备相关的实际问题。
三、教学准备
1 实验器材：凸透镜（不同焦距）、光具座、光屏、蜡烛（或LED光源）、幻灯片（或透明胶片）、放大镜、照相机模型（可拆解）、投影仪模型（可拆解）。2 教学资源：多媒体课件（包含生活中的透镜设备图片、成像原理动画、实验操作视频）、实物展台。
四、教学过程
（一）议题导入：情境设问，引发思考
1 呈现情景：多媒体展示一组生活场景图片——家庭聚会时用照相机拍照定格瞬间、课堂上老师用投影仪展示课件、学生用放大镜观察昆虫细节。2 师生互动：提问引导：同学们，这些场景中用到的照相机、投影仪、放大镜，都是我们生活中常见的光学设备。它们看似不同，却都离不开凸透镜的作用。为什么同样是凸透镜，有的能成缩小的像，有的能成放大的像？它们的成像原理有什么不同？3 引出议题：本节课我们就围绕“生活中凸透镜的成像应用”展开探究，揭开照相机、投影仪、放大镜成像的奥秘。
（二）新知探究一：探究照相机的成像特点
1 观察感知：照相机的结构
1 实物展示：出示可拆解的照相机模型，引导学生观察其内部结构，重点识别镜头、胶片（或成像传感器）、调焦环、光圈等部件。2 师生互动：
（1）提问：照相机的镜头相当于我们学过的哪种光学元件？
（2）学生发言后，教师总结：照相机的镜头相当于一个凸透镜，胶片（或成像传感器）相当于承接像的光屏。
（3）讲解：通过调焦环可以调节镜头到胶片的距离（像距），通过光圈可以调节进入镜头的光的多少。
2 实验探究：模拟照相机成像
1 实验器材：凸透镜（焦距f=10cm）、光具座、蜡烛、光屏。2 实验步骤：
（1）将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，调整三者的中心在同一高度（目的：使像成在光屏中央）。
（2）将蜡烛放在凸透镜的二倍焦距以外（u>2f，如u=30cm），移动光屏，直到在光屏上得到最清晰的像。
（3）观察并记录像的特点：正倒、大小、虚实。
（4）改变蜡烛到凸透镜的距离（仍保持u>2f，如u=25cm），重复步骤（2）（3），观察像的变化。3 师生互动：
（1）教师巡视指导，重点关注学生“三者中心等高”的调整和像的观察记录。
（2）各小组汇报实验现象：当蜡烛在二倍焦距以外时，光屏上出现倒立、缩小的实像；蜡烛靠近凸透镜时，像会远离凸透镜，且像变大。
（3）总结：照相机成像的特点是倒立、缩小、实像；成像条件是物体在凸透镜的二倍焦距以外（u>2f），像成在一倍焦距和二倍焦距之间（f3 联系生活：照相机的应用原理
1 呈现情景：展示不同场景下的拍照画面，如拍远景和近景时的操作。2 师生互动：
（1）提问：拍远景时，需要将镜头往哪个方向调节？为什么？
（2）引导学生思考：拍远景时，物体远离凸透镜，根据实验现象，像会靠近凸透镜，因此需要将镜头向后缩，减小像距，使像成在胶片上。
（3）总结：照相机的工作过程就是通过调节物距和像距，使物体在二倍焦距以外成倒立、缩小的实像。
（三）新知探究二：探究投影仪的成像特点
1 观察感知：投影仪的结构
1 实物展示：出示可拆解的投影仪模型，引导学生观察其内部结构，重点识别镜头、投影片、反光镜、光源等部件。2 师生互动：
（1）提问：投影仪的镜头相当于哪种光学元件？投影片在成像过程中相当于什么？
（2）学生发言后，教师总结：投影仪的镜头相当于凸透镜，投影片相当于成像的物体，反光镜的作用是改变光的传播方向，使像成在屏幕上。
2 实验探究：模拟投影仪成像
1 实验器材：凸透镜（焦距f=10cm）、光具座、透明胶片（作为投影片）、光屏、光源。2 实验步骤：
（1）将光源、透明胶片、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，调整三者中心在同一高度。
（2）将透明胶片放在凸透镜的一倍焦距和二倍焦距之间（f（3）观察并记录像的特点：正倒、大小、虚实。
（4）改变透明胶片到凸透镜的距离（仍保持f（1）各小组汇报实验现象：当投影片在一倍焦距和二倍焦距之间时，光屏上出现倒立、放大的实像；投影片靠近凸透镜时，像会远离凸透镜，且像变大。
（2）提问：我们在屏幕上看到的是正立的像，而实验中得到的是倒立的像，这是为什么？
（3）讲解：投影仪的投影片是倒放的，经过凸透镜成像后，在屏幕上形成正立的像；也可通过反光镜的反射作用调整像的正倒。
（4）总结：投影仪成像的特点是倒立、放大、实像；成像条件是物体在凸透镜的一倍焦距和二倍焦距之间（f2f）。
（四）新知探究三：探究放大镜的成像特点
1 观察感知：放大镜的结构与使用
1 实物展示：出示放大镜，引导学生观察其结构，明确放大镜就是一个凸透镜。2 师生互动：
（1）提问：使用放大镜时，我们是如何观察物体的？看到的像有什么特点？
（2）学生动手操作：用放大镜观察课本上的文字或细小物体，描述观察到的像的特点。
2 实验探究：放大镜的成像
1 实验器材：凸透镜（焦距f=10cm）、光具座、小物体（如小铁钉）。2 实验步骤：
（1）将小物体、凸透镜依次放在光具座上，调整它们的中心大致在同一高度。
（2）将小物体放在凸透镜的一倍焦距以内（u（3）观察并记录像的特点：正倒、大小、虚实。
（4）改变小物体到凸透镜的距离（仍保持u（1）各小组汇报实验现象：当物体在一倍焦距以内时，透过凸透镜能看到正立、放大的虚像；物体靠近凸透镜时，像变小；物体远离凸透镜时，像变大（但始终在一倍焦距以内）。
（2）提问：为什么放大镜成的像不能用光屏承接？
（3）讲解：放大镜成的是虚像，虚像不是实际光线会聚形成的，而是实际光线的反向延长线会聚形成的，因此不能用光屏承接。
（4）总结：放大镜成像的特点是正立、放大、虚像；成像条件是物体在凸透镜的一倍焦距以内（u（五）难点突破：归纳三种设备的成像规律对比
1 多媒体展示对比表格框架，引导学生结合实验探究结果，填写三种设备对应的成像条件、成像特点。2 师生共同完善对比内容：
（1）照相机：u>2f，倒立、缩小、实像，f（2）投影仪：f2f。
（3）放大镜：u（1）提问：三种设备都是利用凸透镜成像，为什么成像特点不同？
（2）引导学生总结：关键在于物体到凸透镜的距离（物距）不同，即物距与焦距的关系决定了成像特点。
（3）通过典型例题巩固：给出物距和焦距的关系，让学生判断成像特点及对应的设备。
（六）重点知识归纳概括
1 核心设备的结构与成像原理：
（1）照相机：镜头（凸透镜）、胶片（光屏）；u>2f，成倒立、缩小、实像。
（2）投影仪：镜头（凸透镜）、投影片（物体）、反光镜；f（3）放大镜：单一凸透镜；u2 凸透镜成像的核心规律：
（1）物距与焦距的关系决定成像特点，物距变化会引起像距和像的大小变化。
（2）实像：由实际光线会聚形成，能在光屏上呈现，都是倒立的；虚像：由实际光线的反向延长线会聚形成，不能在光屏上呈现，都是正立的。
3 实验关键注意事项：
（1）探究实像成像时，必须调整蜡烛（物体）、凸透镜、光屏的中心在同一高度，确保像成在光屏中央。
（2）观察虚像时，需透过凸透镜直接观察物体。
（七）板书设计
5.2 生活中的透镜
一、三种设备的成像规律
1 照相机
成像条件：u>2f
成像特点：倒立、缩小、实像（f2 投影仪
成像条件：f成像特点：倒立、放大、实像（v>2f）
3 放大镜
成像条件：u成像特点：正立、放大、虚像（像物同侧）
二、核心规律
1 物距与焦距的关系决定成像特点
2 实像：倒立、可光屏承接；虚像：正立、不可光屏承接
（八）练习巩固
情景材料：光学成像技术广泛应用于生活和学习中。某班级开展光学实验活动，使用焦距为15cm的凸透镜、光具座、蜡烛、光屏等器材探究成像规律；同时观察了教室里的投影仪、家中的照相机和放大镜的使用。实验过程中，记录了不同物距下的成像情况，如物距为20cm时，光屏上出现清晰的像；物距为10cm时，透过凸透镜能看到放大的像。此外，还发现用照相机拍远处风景时，需要调节镜头与胶片的距离。
1 下列关于照相机成像的说法，正确的是
A 照相机的镜头相当于凹透镜
B 拍摄时物体应放在凸透镜的一倍焦距以内
C 成倒立、缩小的实像
D 成正立、放大的虚像
2 关于该班级使用的焦距为15cm的凸透镜，下列说法正确的是
A 当物距为20cm时，符合照相机的成像条件
B 当物距为20cm时，成倒立、缩小的实像
C 当物距为10cm时，符合投影仪的成像条件
D 当物距为10cm时，成正立、放大的虚像
3 教室里的投影仪正常工作时，下列说法正确的是
A 投影片应放在凸透镜的二倍焦距以外
B 屏幕上成的是正立、放大的实像
C 反光镜的作用是改变光的传播方向
D 增大投影片到镜头的距离，屏幕上的像会变大
4 用该焦距为15cm的凸透镜制作放大镜，观察课本上的文字，下列说法正确的是
A 文字应放在凸透镜的二倍焦距以外
B 看到的是倒立、放大的像
C 看到的是正立、放大的虚像
D 像能成在光屏上
5 某同学用照相机拍摄远处的山峰，想让像更大一些，下列操作正确的是
A 增大照相机与山峰的距离，同时增大镜头与胶片的距离
B 增大照相机与山峰的距离，同时减小镜头与胶片的距离
C 减小照相机与山峰的距离，同时增大镜头与胶片的距离
D 减小照相机与山峰的距离，同时减小镜头与胶片的距离
6 某投影仪使用焦距为12cm的凸透镜，当投影片到镜头的距离为15cm时，屏幕上的像的特点是
A 倒立、缩小的实像
B 倒立、放大的实像
C 正立、放大的虚像
D 正立、缩小的实像
7 下列关于实像和虚像的说法，正确的是
A 实像都是正立的，虚像都是倒立的
B 实像能在光屏上呈现，虚像不能
C 实像都是放大的，虚像都是缩小的
D 实像和虚像都能在光屏上呈现
8 某同学在光具座上探究凸透镜成像规律，将焦距为10cm的凸透镜固定在50cm刻度线处，蜡烛放在20cm刻度线处，移动光屏，下列说法正确的是
A 蜡烛到凸透镜的距离为30cm，u>2f
B 光屏上会出现倒立、放大的实像
C 光屏应在60cm到70cm刻度线之间移动
D 该成像情况与放大镜的成像原理相同
9 某实验小组用焦距为15cm的凸透镜探究凸透镜成像规律，实验装置如图（未画出），将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，调整三者中心在同一高度。
（1）当蜡烛放在凸透镜前25cm处时，移动光屏，能在光屏上得到什么特点的像？该成像情况与哪种生活中的透镜设备原理相同？
（2）若将蜡烛移动到凸透镜前10cm处，此时能否在光屏上得到像？为什么？透过凸透镜能看到什么特点的像？
（3）若想在光屏上得到更大的实像，应如何调整蜡烛和光屏的位置？
10 某学校实验室的投影仪出现故障，屏幕上的像模糊不清且偏暗，工作人员进行了如下检查和调整：
操作一：检查投影片到镜头的距离，发现投影片离镜头过远；
操作二：调整投影仪的位置，拉近投影仪与屏幕的距离；
操作三：打开投影仪的光源亮度调节开关，增大光源亮度。
（1）分析操作一的问题：投影片离镜头过远，会导致成像出现什么问题？请结合成像规律说明；
（2）判断操作二是否正确，并说明理由；
（3）说明操作三能解决像偏暗问题的原因。
（九）练习答案及解析
1 答案：C
解析：照相机的镜头是凸透镜，A错误；拍摄时物体在二倍焦距以外，B错误；成倒立、缩小的实像，C正确，D错误。
2 答案：D
解析：焦距f=15cm，物距20cm时，f3 答案：C
解析：投影仪的投影片应在一倍焦距和二倍焦距之间，A错误；屏幕上成倒立、放大的实像，B错误；反光镜改变光的传播方向，使像成在屏幕上，C正确；增大投影片到镜头的距离，像会变小，D错误。
4 答案：C
解析：放大镜使用时物体在一倍焦距以内，A错误；成正立、放大的虚像，B错误，C正确；虚像不能成在光屏上，D错误。
5 答案：C
解析：要使像更大，需减小物距（减小照相机与山峰的距离），同时增大像距（增大镜头与胶片的距离），C正确。
6 答案：B
解析：焦距f=12cm，物距15cm时，f7 答案：B
解析：实像倒立、可光屏承接，虚像正立、不可光屏承接，实像和虚像都有放大、缩小或等大的情况，B正确，A、C、D错误。
8 答案：A
解析：蜡烛在20cm刻度线，凸透镜在50cm刻度线，物距u=30cm，f=10cm，u>2f，A正确；成倒立、缩小的实像，与照相机原理相同，B、D错误；像距f9 答案：
（1）倒立、放大的实像；与投影仪的成像原理相同。理由：焦距f=15cm，物距u=25cm，满足f（2）不能在光屏上得到像；理由：物距u=10cm（3）应将蜡烛向凸透镜靠近（减小物距），同时将光屏向远离凸透镜的方向移动（增大像距）。理由：根据凸透镜成像规律，当u>f时，物距减小，像距增大，像变大。
解析：（1）结合物距与焦距的关系判断成像特点及对应设备；（2）明确虚像的成像条件和特点；（3）掌握物距、像距与像的大小的变化关系。
10 答案：
（1）投影片离镜头过远，即物距u过大（可能大于或等于2f），会导致成的像变小、模糊。理由：投影仪的成像条件是f（2）操作二不正确；理由：要使像清晰，当投影片离镜头过远（物距过大）时，应增大像距，即拉远投影仪与屏幕的距离，而不是拉近。
（3）增大光源亮度，能增加进入投影仪镜头的光的多少，使屏幕上的像更亮，从而解决像偏暗的问题。
解析：（1）结合投影仪的成像条件分析物距过大的影响；（2）根据物距与像距的变化关系判断操作的正确性；（3）从光的强度角度解释操作三的原理。

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