资源简介

4.3 日地月的相对运动（第1课时） 教案
一、基本信息
课题 4.3 日地月的相对运动（1）——光的直线传播 课型 新授课
课时 1课时 教材 浙教版七上科学 第四章
年级 七年级 学科 科学
教法 实验探究法、演示法、讨论法 教具 激光笔、喷水壶、水槽、荧光液、糖水、针孔照相机模型、多媒体课件
核心素养 详见下方
二、核心素养目标
1.科学观念：理解光在同一种均匀介质中沿直线传播的特点，知道光在真空中的传播速度（3×10 m/s）及光年的含义，认识小孔成像等光的直线传播现象。
2.科学思维：通过实验分析光的传播路径，学会用模型法（光线）描述光的传播，能辨析光的直线传播与光的反射、光的折射等现象的区别。
3.探究实践：能设计并完成验证光的直线传播的实验（激光在空气、水、玻璃中的传播），会制作针孔照相机并探究其成像特点（倒立、像大小与物距和像距的关系）。
4.态度责任：了解墨子（墨翟）最早提出小孔成像推测光沿直线传播的科学史，感受中国古代科学智慧，培养科学探究精神。
三、教学重难点
【重点】重点：光在同一种均匀介质中沿直线传播的规律；光线的模型表示；光在真空中的传播速度（c=3×10 m/s）及与声速的对比；小孔成像的特点（倒立实像、像大小可调、像的亮度与孔径的关系）。
【难点】难点：理解光在不均匀介质（如浓度不同的糖水）中传播路径会发生弯折的原因；用光的直线传播解释小孔成像成倒立像的原理；区分"影"（光照不到的阴影区域）与"小孔成像的像"（倒立实像）这两个容易混淆的概念。
四、教学过程
环节一：情境导入（4分钟）
【教师活动】
展示三幅图片：森林中透过树叶缝隙的光束、城市夜晚的探照灯光束、夜间行驶汽车的车灯光束。提问学生："你们是否在生活中注意到这些笔直的光束？它们有什么共同特点？"
引入科学史：我国古代科学家墨翟（墨子）早在2000多年前就指出——物体通过小孔所形成的像是倒像，据此推测光是沿直线传播的。他是世界上最早提出"光沿直线传播"观点的人，也是第一个完成小孔成像实验的科学家。
【学生活动】
观察不同场景中的光路现象，讨论共同点：光传播的路径都是直的。对墨子的科学发现产生好奇心。
【设计意图】
以生活常见的光束现象引发直觉经验，同时通过墨子小孔成像的科学史故事激发民族自豪感和探究欲。
【知识点】
1. 墨子（墨翟）最早通过小孔成像实验推测光沿直线传播。
2. 生活中大量现象表明光传播的路径是直的。
环节二：新知探究——光的直线传播（22分钟）
实验一：光在空气、水、玻璃中的传播
【教师活动】
演示三个实验，引导学生观察并记录：
①光在空气中的传播：在空气中用喷水壶喷少量水雾（或用线香产生烟），打开激光笔。观察到的现象：激光在空气中沿直线传播。
②光在水中的传播：在有机玻璃容器中加适量水，滴几滴牛奶或用荧光笔在水中搅拌，让激光射入水中。观察到的现象：激光在水中沿直线传播。
③光在玻璃中的传播：将激光束射到透明玻璃板中。观察到的现象：激光在玻璃中沿直线传播。
总结：光在空气、水、玻璃这些同一种均匀介质中都是沿直线传播的。
【学生活动】
观察老师演示三个实验，分别记录光在空气、水、玻璃中的传播路径。归纳：光在同一种均匀介质中沿直线传播。
【知识点】
1. 光在同一种均匀介质中沿直线传播。
实验二：光在不均匀介质中的传播
【教师活动】
进一步追问："光在同一种均匀介质中沿直线传播，如果介质不均匀呢？"
演示实验：用注射器将200mL浓糖水缓慢注射到荧光液的下方（形成上下浓度不同的不均匀糖水层），将激光束逐渐向下移动。观察到的现象：光在浓度不同的糖水中传播路径发生了弯折。
搅拌糖水使溶液均匀后，再让激光束射入。观察到的现象：光的传播路径又恢复为直线。
强调对比：同样的糖水——不均匀时路径弯折，均匀时路径变直。这充分说明"光只有在同一种均匀介质中才沿直线传播"。
【学生活动】
对比两个阶段的实验现象：不均匀 → 路径弯折；均匀 → 路径变直。理解"同一种""均匀"两个限定条件缺一不可。
【设计意图】
通过"不均匀"与"均匀"的对照实验，把"光沿直线传播"的条件精确化。光不总是沿直线传播的——条件是不均匀介质时会弯折。为后续光的折射学习埋下伏笔。
【重点强调】核心结论：光在同一种均匀介质中沿直线传播。关键词有两个——"同一种"和"均匀"，缺一不可。不均匀介质（如浓度不同的糖水层、冷热空气对流层）中光路会弯折。
【知识点】
1. 光在不均匀介质中传播路径会发生弯折。
2. 光沿直线传播的条件：同一种、均匀介质。
光线的概念——模型法
【教师活动】
引入科学方法——模型法：为了形象地表示光的传播情况，我们常用一条带箭头的直线表示光的传播路线和方向，这样的线叫作光线。箭头表示传播方向，直线表示传播路径。
区分两种情况：平行光束（光沿同一方向传播）和点光源（光向四面八方辐射）。分别用一组平行箭头和一束放射状箭头表示。
强调：光线是假想的模型工具，不是真实存在的线。就像地图上的等高线、电路图中的元件符号一样，是科学建模方法。
【学生活动】
体会模型法的作用：用简单的图示表达抽象的概念。练习画出点光源向四周发光的光线示意图。
【理解要点】光线 ≠ 真实的光。光线是一种模型，就像地图不等于真实的地面一样。建立模型是科学研究的基本方法。
【知识点】
1. 光线：用一条带箭头的直线表示光的传播路线和方向（模型法）。
2. 平行光：光线彼此平行（如太阳光、激光）。
3. 点光源：光线向四面八方辐射（如灯泡、蜡烛）。
光速与光年
【教师活动】
过渡提问："打雷时为什么先看到闪电后听到雷声？"引导学生意识到光速远大于声速。
讲解光速：光在不同介质中传播速度不同。在真空中传播速度最大，c = 3×10 m/s（约每秒30万公里）。在空气中的传播速度略小于真空、非常接近；在水中的传播速度约为真空中速度的3/4；在玻璃中传播速度更小。
对比声速（约340 m/s）：光速约是声速的88万倍。闪电比雷声先到正是因为光速远大于声速。
重要辨析：光的传播不需要介质——光可以在真空中传播（太阳光穿过真空到达地球）；声音的传播必须有介质（真空中不能传声）。
引入光年：光在真空中1年内传播的距离等于1光年。光年是天文学上使用的距离单位（不是时间单位）。1光年 ≈ 9.46×10 km。
【易错提示】两个易混点：①光速3×10 m/s 是真空中的最大速度，在水和玻璃中比真空中慢；②光年不是时间单位，是距离单位——光在真空中一年走的路程。
【学生活动】
计算：光从太阳到达地球需要多长时间？日地距离约1.5×10 km = 1.5×10 m。t = s/c = 1.5×10 / 3×10 = 500s ≈ 8.3分钟。即我们看到的太阳是8分钟前的太阳。
【知识点】
1. 光速：真空中最大，c=3×10 m/s。空气中≈真空，水中≈3c/4，玻璃中更小。
2. 光的传播不需要介质；声音的传播必须有介质。
3. 光年：光在真空中1年传播的距离，是长度单位（天文学用）。
小孔成像——针孔照相机
【教师活动】
介绍探究活动——制作针孔照相机：用不透明纸盒，A端开一小孔（镜头），B端蒙半透明纸（光屏）。小孔大小和光屏距离可调。
实验观察——引导学生依次完成以下实验记录：
（1）将不同孔径（大孔、中孔、小孔）的镜头对着窗外亮景物，在表4.3-1中记录像的特征（倒正、亮度、清晰度）：
像的特征 大孔 中孔 小孔
倒或正 倒立 倒立 倒立
亮或暗 亮 较亮 暗
清晰度 模糊 较清晰 清晰
（2）保持镜头位置不动，缩短光屏到小孔的距离：所呈现的景物范围变小，景物的大小也变小。
总结小孔成像特点：①像是倒立的（上下颠倒、左右颠倒）；②像是实像（能在光屏上呈现）；③像的大小与物距和像距有关——物近像远像变大，物远像近像变小；④小孔越小，像越清晰但越暗（大孔亮但模糊）。
【判断技巧】小孔成像口诀：物近像远像变大，物远像近像变小。像为倒立实像。小孔越小→像越清晰但越暗；孔径越大→像越亮但越模糊。
【易错提示】易混辨析——"影" vs "小孔成像的像"：影是光被遮挡后形成的黑暗区域（如手影），不是像，没有物体的细节；小孔成像是光线通过小孔后实际汇聚形成的倒立图像，有细节。两者原理都是光的直线传播，但产物不同。
【学生活动】
动手制作简易针孔照相机，分组完成实验记录表。画出小孔成像光路图解释为什么像是倒立的。讨论：如何使光屏上的像更明亮？（增大孔径但别太大/物体靠近镜头/在明亮环境下拍摄）
【知识点】
1. 小孔成像特点：倒立的实像。
2. 像的大小规律：物近像远像变大；物远像近像变小。
3. 孔径影响：小孔→清晰但暗；大孔→亮但模糊。
4. 像的形状与孔的形状无关，只取决于物体的形状。
环节三：课堂练习（10分钟）
练习1
题目：关于光速，下列说法不正确的是（ ）
A.光的传播速度总是3.0×10 m/s
B.光的传播速度最大值为3.0×10 m/s
C.光年是长度单位
D.光年是天文学上表示距离的单位
【答案】A
【解析】光在真空中速度最大为3×10 m/s，在空气、水、玻璃中速度不同且均小于真空中的光速。A说"总是"错误。B、C、D均正确。
【易错提示】光速只在真空中等于3×10 m/s，其他介质中均更慢。
练习2
题目：下列四种现象，不能用光的直线传播来解释的是（ ）
A.妙趣手影 B.小孔成像 C.日食奇观 D.水中倒影
【答案】D
【解析】手影（影子形成）、小孔成像、日食（月影遮日）均可用光的直线传播解释。水中倒影属于平面镜成像，原理是光的反射，不是直线传播。
练习3
题目：沈括在《梦溪笔谈》中写道："若鸢飞空中，其影随鸢而移（如图甲）；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违：鸢东则影西，鸢西则影东（如图乙）；又如窗隙中楼塔之影，为窗所束亦皆倒（如图丙）……"则下列说法错误的是（ ）
A.丙图中的"窗隙"越大现象越明显
B.乙图中"像"移动的方向与物移动的方向相反
C.图甲、图乙、图丙中的现象都可用光的直线传播解释
D.乙图中的小孔形状变为三角形时也会出现上述现象
【答案】A
【解析】丙图是小孔成像，小孔越小现象越明显（越清晰），A说"越大越明显"错误。B小孔成像时像移动方向与物相反正确。C甲影子/乙小孔成像/丙小孔成像均为直线传播正确。D像的形状与孔形无关正确。
练习4（提升）
题目：小欢用针孔照相机观察蜡烛烛焰，保持小孔与蜡烛位置不变。下列分析正确的是（ ）
A.若内筒位置不变，半透明膜上烛焰的像是正立的
B.若内筒位置不变，半透明膜上烛焰的像是放大的
C.若向右拉动内筒，半透明膜上烛焰的像将变小
D.若向左推动内筒，半透明膜上烛焰的像将变亮
【答案】D
【解析】A错：小孔成像总是倒立的。B错：像的大小取决于物距与像距的关系，不一定放大。C错：向右拉内筒增大像距，像变大。D对：向左推内筒减小像距，像缩小，单位面积光能增加，像变亮。
练习5（提升）
题目：小科观察老师演示实验：①用激光笔射向清水，光路为直线；②在A点向水中慢慢注入浓糖水，光路弯折；③搅拌均匀后，光路又变直。下列结论正确的是（ ）
A.光只能在液体中传播
B.光只有在清水中才沿直线传播
C.光在糖水里不能沿直线传播
D.光在同一均匀介质中沿直线传播
【答案】D
【解析】由三组现象对比可知：同一种介质是否均匀是关键。①清水均匀→直线；②糖水不均匀→弯折；③搅拌后均匀→直线。只有D完整概括结论。
练习6（综合）
题目：（宁波）2023年3月14日正午测杆影长55.7cm。下列说法不正确的是（ ）
A.杆影的形成是由于光在同一种均匀介质中沿直线传播
B.图中杆影从O到A指向北方
C.6月20日正午该圭杆的杆影长度将比55.7cm长
D.一天内杆影移动是由于地球自转造成的
【答案】C
【解析】A正确：影子原理为光的直线传播。B正确：北半球正午太阳在南方，影子指北。C错误：6月20日接近夏至，太阳高度角增大，正午影子应变短（不是变长）。D正确：一天中杆影方向变化是地球自转导致的。
环节四：课堂小结（4分钟）
【教师活动】
引导学生回顾本课核心知识链：
1. 光在同一种均匀介质中沿直线传播（条件："同一种"+"均匀"）。
2. 光线是模型工具（不是真实的），箭头表示方向，直线表示路径。
3. 光速：真空中c=3×10 m/s（最大）。光的传播不需要介质，而声音需要介质。
4. 光年：光在真空中一年传播的距离（长度单位，非时间单位）。
5. 小孔成像：倒立实像。物近像远像变大，小孔越清晰越暗。
6. 光的直线传播应用：影子形成、日食月食、小孔成像、激光准直、排队看齐。
【重点强调】知识框图：光的直线传播 —条件→ 同一种均匀介质 —模型→ 光线（带箭头直线） —数据→ c=3×10 m/s（真空最大） —应用→ 小孔成像（倒立实像）、影子、日食月食
【理解要点】辨析口诀：光不需要介质（真空中能传播），声音需要介质（真空中不能传播）。光速远大于声速（c >> 340m/s），所以先见闪电后闻雷声。
五、板书设计
4.3 日地月的相对运动（1）——光的直线传播
一、光的直线传播
条件：同一种均匀介质
不均匀介质：光路弯折
二、光线（模型法）
带箭头的直线 → 传播路线和方向
平行光 vs 点光源
三、光速
真空中最大：c = 3×10 m/s
空气中≈真空 > 水中 > 玻璃中
光不需要介质 vs 声音需要介质
四、光年
光在真空中1年传播的距离（长度单位）
1光年 ≈ 9.46×10 km
五、小孔成像
倒立实像
物近像远像变大，物远像近像变小
小孔→清晰但暗，大孔→亮但模糊
应用：影子/日食月食/激光准直
六、教学反思
1. 学生对光在同一种均匀介质中沿直线传播这一结论是否真正理解了"同一种"和"均匀"两个限定条件？能否通过糖水分层实验（不均匀→弯折，均匀→直）体会到条件的重要性？
2. 学生对光速与声速的比较是否印象深刻？能否独立解释"先看到闪电后听到雷声"的原因？对"光不需要介质而声需要介质"这一反直觉的对比是否清晰理解了？
3. 光年作为距离单位的教学是否到位？学生是否容易与时间单位混淆？用"光在真空中一年走的路程"这个通俗表述效果如何？
4. 针孔照相机制作实验中学生能否独立完成观察记录？对小孔成像的三个要素（倒立实像、像大小规律、孔径影响）能否准确描述？
5. 对"影子"与"小孔成像的像"这两个易混概念的辨析是否充分？学生能否用自己的语言说出两者的本质区别？
6. 练习6（杆影与光照）这类跨知识点题目，学生能否综合运用光的直线传播和地球运动的知识来解答？练习的梯度（基础→提升→综合）是否合理？

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