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3.6 凸透镜成像规律 教学设计
课题 3.6 凸透镜成像规律 单元 第三章 光和眼睛 学科 物理 年级 八年级上册
教材内容分析 本节是沪粤版（2024年版）物理八年级上册第三章第6节（教材第76~79页）。上一节认识了透镜及其对光的作用，本节通过必做实验探究凸透镜成像的规律，是全章的核心，也是下一节“眼睛与光学仪器”的基础。 实验准备：先让学生在房内面向窗户，移动凸透镜或光屏，使窗外景物成像在屏上（图3-6-1）；引入物距u、像距v、焦距f（图3-6-2）；猜想像的大小及像距可能与物距、焦距都有关。 必做实验“探究凸透镜成像的规律”：用光具座，将蜡烛、凸透镜、光屏依次放好，调节三者中心大致在同一高度；移动蜡烛，在屏上找到缩小或放大的清晰的像，记下物距u；u＜f时移去光屏，直接用眼睛透过透镜观察；思考u＝2f、u＝f时的情况；把结果填入表3-6-1。 成像规律：（1）当u＞f时，在透镜另一侧成倒立的实像：u＞2f时像比物小；f＜u＜2f时像比物大；（2）当u＜f时，在透镜同侧成正立、放大的虚像。应用：放大镜（选焦距较小的凸透镜），照相机、投影仪将在后续展开。 自我评价与作业共6题：光屏的移动方向和像的变化；u＜f时怎样观察像；盛水圆柱形杯子放大手指；放大镜与标本的距离；由成像情况判断焦距范围；光具座实验（同高的目的、较暗环境、等大像求焦距、u＜f的观察方法）。
新课标要求 内容要求（《义务教育物理课程标准（2022年版）》“运动和相互作用”学习主题·光和电磁波） 通过实验，探究并知道凸透镜成像的规律；了解凸透镜成像规律的应用。（“探究凸透镜成像的规律”为学生必做实验） 学业要求 能完成“探究凸透镜成像的规律”实验，记录并整理数据；知道u＞2f、f＜u＜2f、u＜f时像的大小、正倒、虚实；能解释照相机、投影仪、放大镜的成像特点；会判断焦距范围，会分析实验中常见问题。 活动建议 用光具座、蜡烛（或LED光源）、凸透镜和光屏完成实验；用盛水的圆柱形玻璃杯观察手指。
学习 目标与核心素养 物理观念：知道物距、像距、焦距；知道凸透镜成像的规律；知道实像与虚像的区别；知道f和2f是两个分界点。 科学思维：用“控制变量法”研究像与物距的关系；用归纳法得出规律；用“物近像远像变大”和“u＝2f等大”进行推理，判断焦距范围。 科学探究：经历必做实验的完整过程（问题—猜想—设计—记录—结论—交流），会调整三者同高，会观察虚像；借助 HTML 互动实验 反复改变物距、画出u—v曲线、猜出透镜焦距。 科学态度与责任：认识物理规律在照相机、投影仪、放大镜中的应用；实验中注意用火安全（蜡烛、火柴），培养严谨记录数据的习惯。
学情分析 学生对放大镜、照相机很熟悉，但对“像是怎样成的、什么时候放大什么时候缩小”缺乏定量认识。本节的难点有： （1）两个分界点：f分虚实、2f分大小，学生容易把两者混淆； （2）像的正倒与虚实：容易认为“放大的像一定是正立的”； （3）像距的变化：物近像远像变大，学生常认为“离得近像变小”； （4）实验操作：蜡烛、透镜、光屏不同高，蜡烛火焰晃动，u＜f时找不到像； （5）焦距的判断：要分清“等大”“倒立放大”“倒立缩小”各自对应的不等式。
重点 1.通过实验探究凸透镜成像的规律； 2.分清实像、虚像，会用规律判断焦距范围。
难点 1.f、2f两个分界点与像的特点； 2.实验的规范操作与误差、故障分析。
材料准备 教师：多媒体课件（含“ 互动实验”按钮）、HTML 互动素材“3.6互动实验_凸透镜成像规律.html”（在课件同一文件夹下的“HTML素材”文件夹内）、光具座、焦距不同的凸透镜、蜡烛或LED光源、火柴、光屏、盛水的圆柱形玻璃杯。 学生：分组器材——光具座一套、凸透镜（先测出焦距）、蜡烛、光屏、火柴（教师统一点燃）、记录表3-6-1。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 （情景导入） 【成像工坊】 1.出示情境（课件第6页）：科技节第六站是“成像工坊”，桌上摆着放大镜、照相机和投影仪。请学生用放大镜看书上的字，再看窗外的景物。 2.提出三个问题：放大镜里的字是放大还是缩小？照相机拍出的像是正立还是倒立？投影仪的片子为什么要倒着放？学生先猜，答案点击后出现。 【任务发布】 这节课四步走：认识成像的量 → 探究成像规律 → 成像规律的应用 → 实验中的“怪现象”。 1.用放大镜观察，说出第一反应； 2.带着疑问进入新课。 用学生熟悉的放大镜、照相机、投影仪引入，三个问题对应本节的“虚像、实像倒立、放大实像”，课末回收。
讲授新课 （任务式教学） 任务一 认识成像的量 【凸透镜成像】 1.课件第7页：让学生在房内面向窗户，移动凸透镜或光屏，使窗外景物在屏上成清晰的像（教材图3-6-1，课件第8页）。 2.归纳现象：能在屏上形成像（实像），像是倒立的、缩小的；追问：像的大小、位置与什么有关？ 3.课件第9页（教材图3-6-2）：引入物距u、像距v、焦距f；提出猜想：像的大小及像距v可能与u和f都有关系，请学生再提出自己的猜想。 1.观察窗外景物成像并描述； 2.说出u、v、f的含义，提出猜想。 从学生的亲手观察出发，提出研究的变量，培养猜想与假设能力。
任务二 探究凸透镜成像的规律 ——必做实验 【设计实验】 1.课件第10页：讨论——为什么要使烛焰、透镜、光屏的中心大致在同一高度？为什么环境要较暗？怎样改变物距？还要测出什么？（先测出焦距f） 【活动一：探究凸透镜成像的规律（学生必做实验）】 2.出示课件第11页装置图，学生分组实验：测焦距 → 蜡烛、透镜、光屏依次放好并调整同高 → 移动蜡烛到u＞2f、f＜u＜2f、u＝2f等位置，移动光屏找清晰的像 → 记录像的大小、正倒 → u＜f时移去光屏，透过透镜观察 → 把结果填入表3-6-1。 3.【AI互动实验①：探究凸透镜成像】单击课件第11页“ 互动实验”按钮，打开“3.6互动实验_凸透镜成像规律.html”的“实验一”：①拖动蜡烛改变物距；②拖动光屏，或点“自动找像”；③点“u＝2f”“u＝1.5f”“u＝3f”“u＜f”按钮；④勾选“显示三条特殊光线”；⑤点“记录这一次”填表。 【归纳规律】 4.课件第12页汇总示例数据（f＝10 cm：u＝30、20、15、10、6 cm的情况）；课件第13页引导归纳三种成像（图3-6-4）；课件第14页总结口诀：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；物近像远像变大。【AI互动实验②：像距、像的大小与物距】单击第13页按钮，切换到“实验二”，拖动物距看u—v曲线和放大倍数。 1.讨论实验设计的关键点； 2.分组完成必做实验，填写表3-6-1； 3.操作互动实验验证、补充数据； 4.归纳凸透镜成像的规律。 实验现象易受操作影响，互动实验提供“理想数据”，用来对照与补充；曲线图让学生一眼看出像距、像的大小随物距的变化趋势。
任务三 成像规律的应用 【照相机、投影仪、放大镜】 1.课件第15页：根据成像规律，说出照相机（u＞2f，倒立缩小实像）、投影仪（f＜u＜2f，倒立放大实像）、放大镜（u＜f，正立放大虚像）的成像特点；思考：为什么投影仪的片子要倒着放？为什么选焦距较小的凸透镜做放大镜？ 2.课件第16页：【AI互动实验③：照相机、投影仪、放大镜】单击第16页按钮，切换到“实验三”，点选三种仪器，观察“你看到的像”（字母F）的正倒和大小。 3.课件第17页（教材图3-6-5）：放大镜——u＜f时，移去光屏，透过凸透镜观察，看到正立、放大的虚像；按钮可回到“实验一”，点“u＜f”。 【判断焦距范围】 4.课件第18页：教材习题6（等大，u＝v＝2f，f＝10 cm）、习题5（40 cm倒立放大，20 cm＜f＜40 cm）、习题4（作放大镜，u＜10 cm）。【AI互动实验④：猜一猜焦距】单击第18页按钮，切换到“实验四”，拖动蜡烛找到等大的像，推算并提交焦距。 5.课件第19页（教材习题3）：盛水的圆柱形杯子相当于凸透镜，手指紧靠背面，成正立、放大的虚像。 1.用规律解释三种仪器； 2.操作互动实验，完成焦距判断挑战； 3.动手用水杯看手指并解释。 把规律与生活仪器一一对应，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”；“猜焦距”游戏把教材习题变成可操作的探究。
任务四 实验中的“怪现象” 【成像故障分析】 1.课件第20页：总结口诀（一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；实倒虚正；物近像远像变大）和实验注意事项。 2.课件第21页：讨论“怎么也找不到光屏上的像”的原因——烛焰、透镜、光屏中心不同高；u≤f成虚像或不成像；u稍大于f时像距超出光具座；光屏没有移到最清晰位置。 3.教材习题6（1）（3）：同高的目的是使像成在光屏中央；u＜f时从光屏一侧透过透镜看蜡烛。 1.总结口诀； 2.说出常见故障的原因及解决办法。 让学生“会做实验、会改实验”，突出科学探究素养。
课堂练习 完成课件“小试牛刀”（第22~24页）及学案“课堂练习”： 1.u＞2f时，成（　）、（　）的（　）像，应用有（　）。 2.f＜u＜2f时，光屏上得到倒立、（　）的实像，应用有（　）。 3.凸透镜焦距10 cm，物距5 cm：成（　）、放大的（　）像，光屏上（　）承接。 4.透镜50 cm、蜡烛30 cm、光屏70 cm处得等大的像，f＝（　）cm。 5.蜡烛靠近凸透镜（u＞f）后，光屏应（　）透镜，像变（　）。 6.用焦距10 cm的凸透镜作放大镜，标本到透镜的距离应（　）。 答案：1.倒立，缩小，实，照相机；2.放大，投影仪；3.正立，虚，不能；4.10；5.远离，大；6.小于10 cm。 独立完成，同桌互批，错题说明错因。 六题覆盖三种成像、等大求焦距、物近像远、放大镜。
课堂小结 回到“成像工坊”的三个问题，请学生用本节知识作答：①放大镜成正立放大的虚像；②照相机成倒立缩小的实像；③投影仪成倒立放大的实像，所以片子倒放。 一条主线：窗外景物成像 → 物距、像距、焦距 → 必做实验 → 三种成像规律 → 应用（照相机、投影仪、放大镜）→ 判断焦距、分析故障。 回答导入问题，补全学案“归纳整理”的思维导图。 首尾呼应，检验学生是否真正理解。
板书 3.6 凸透镜成像规律 一、物距u　像距v　焦距f 二、规律：u＞2f　倒立、缩小、实像（照相机） 　　　　f＜u＜2f　倒立、放大、实像（投影仪） 　　　　u＜f　正立、放大、虚像（放大镜） 三、口诀：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；物近像远像变大 四、判断焦距：等大 u＝v＝2f；倒立放大 f＜u＜2f —— 板书左侧写规律，右侧画三种成像光路示意图。
课外拓展 /课外阅读内容 一、透镜成像公式 物距u、像距v、焦距f满足1/u＋1/v＝1/f（高中会学）。例如f＝10 cm，u＝30 cm，则v＝15 cm。 二、放大倍数 像的大小与物的大小之比m＝v/u；u＝2f时，m＝1，像与物等大。 三、课后探索 用盛水的圆柱形杯子看手指；用放大镜看窗外远处的景物，说出像的特点；打开互动实验“实验四”，猜出透镜焦距。 1.阅读拓展材料； 2.完成课后探索。 成像公式让学有余力的学生看到规律背后的数学关系；课后探索让 HTML 素材延伸到课外。
特色资源分析和技术手段说明 一、AI 互动实验（HTML 素材）使用说明 1.配套文件：课件同一文件夹下“HTML素材”文件夹内的“3.6互动实验_凸透镜成像规律.html”，含4个实验页：实验一 探究凸透镜成像（光具座，拖动蜡烛和光屏，三条特殊光线，记录表3-6-1）；实验二 像距、像的大小与物距（u—v曲线与放大倍数）；实验三 照相机、投影仪、放大镜（字母F的像）；实验四 猜一猜焦距（找等大的像，推算并提交焦距）。 2.在课件中打开：课件第11、13、16、17、18页各有一个绿色“ 互动实验”按钮，放映时单击即用默认浏览器打开同一个网页；在页面顶部切换对应实验后，按 Alt+Tab 切回课件。PowerPoint 与 WPS 均可使用。 3.单独打开：也可直接双击网页文件，用任意浏览器打开，按 F11 全屏投影。 4.无需联网，鼠标或一体机触屏均可拖动操作；右侧“想一想”点击显示答案。 5.注意：课件和“HTML素材”文件夹必须放在同一个文件夹里，移动时一起移动，否则按钮会找不到文件。如按钮无法跳转（个别电脑的 WPS 会遇到），在 WPS 中右键该绿色按钮 → “编辑超链接”，在 HTML素材 文件夹里重新选中对应的 .html 文件，确定即可；也可以直接双击 .html 文件打开，效果相同。 二、实验与安全 1.蜡烛由教师点燃，注意防火，也可用LED光源代替；实验结束后将蜡烛熄灭。 2.光具座上的光屏、透镜要固定牢靠，不要让支架倒下；不要用凸透镜对着太阳。 —— 互动实验解决了“蜡烛火焰晃动、光具座长度有限、数据难以反复测量、u＜f难以观察”等教学痛点，实验四把焦距判断变成游戏；使用说明保证不熟悉信息技术的教师也能顺利使用。
教学反思 成功之处： “成像工坊”首尾呼应，学生参与度高；窗外景物成像让学生一上手就看到倒立的像；互动实验把u＜f的虚像和三条特殊光线可视化，突破了难点；“猜焦距”挑战深受学生喜欢。 不足之处： 1.分组实验中，不少小组找不到清晰的像，耗时偏长； 2.学生易混淆f与2f两个分界点； 3.物近像远的结论，部分学生仍然记反。 改进设想： 1.实验前先让学生在互动实验里熟悉操作步骤和三者同高的要求； 2.用“表3-6-1+口诀”双重巩固两个分界点； 3.用互动实验的u—v曲线让学生自己发现“物近像远”。 —— 反思聚焦具体的学生表现与可操作的改进措施，便于同课教师直接借鉴。
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