三、凸透镜成像的规律（表格式教学设计）物理苏科版2024八年级上册

本文围绕“凸透镜成像的规律”展开，是光学单元核心。承接光的折射和透镜基础概念，为后续光学仪器原理学习奠基。通过实验探究，培养学生物理观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任等核心素养。 该设计以实验为特色教法，引导学生自主探究。既提升学生实验操作与逻辑推理能力，又为教师提供清晰授课路径，有效突破凸透镜成像动态规律理解等教学难点。

三、凸透镜成像的规律（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 课时数 1课时 教师 课题 三、凸透镜成像的规律 教学 目标 物理观念 知道凸透镜成像规律，知道凸透镜成像的三种典型的像的成像条件及其应用场景。知道物距（u）、像距（v）、焦距（f）的关系。 科学思维 通过实验分析归纳凸透镜成像规律，培养逻辑推理能力。运用动态思维理解物距变化对像的性质影响。 科学探究 能独立设计并完成“探究凸透镜成像规律”实验，正确操作光具座、光源、透镜、光屏，完成数据记录；分析数据，总结成像规律。提升对证据的分析和论证能力。 科学态度 与责任 在实验中养成严谨、协作的科学态度。体验由现象到规律、由规律到应用的完整科学认知过程，保持对光学技术的好奇与探索热情；认识凸透镜成像规律对科技发展的意义。 教材 分析 本节《凸透镜成像的规律》，是光学单元的核心内容。在学习了光的折射和透镜基础概念后，本节通过实验探究凸透镜成像的动态规律，建立物距、像距、焦距的定量关系，为后续光学仪器（如照相机、望远镜）的原理学习奠定基础，也是中考物理高频考点之一。 本节通过实验探究物距 u、像距 v、焦距 f 的关系，引导学生从“光的折射规律”走向“凸透镜成像规律”，为高中阶段深入学习透镜成像公式与光路奠定基础。教材以“提出探究任务→设计实验方案→采集数据→归纳规律→应用迁移”为主线，示范了用“控制变量法”研究多因素问题的基本范式，是培养学生科学探究能力的典型范例。 学情分析 八年级学生已学过光的折射、透镜对光的作用，能够识别凸透镜的焦点、焦距。焦点/焦距等概念，但对成像规律缺乏系统认知。具备初步作图能力，会用“三条特殊光线”粗略定位像点。八年级学生抽象思维较弱，对"物距变化引起像动态变化"的理解易混淆，需借助实验突破。实验兴趣浓，但实验设计、操作能力薄弱；易出现“只记口诀、不顾原理”的碎片化学习。对“实像—虚像”“倒立—正立”的本质区别仅停留在感官层面，难以与光路图一一对应。设计实验、数据分析能力待提升，需引导规范操作和图像分析。 教学重点 1．探究凸透镜成像规律的实验操作过程； 2．凸透镜成像的五种典型像情况及其实验归纳。 教学难点 1．凸透镜成像的动态规律理解：物距连续变化时像的大小/虚实/正倒的动态变化关系； 2．正确区分实像与虚像的本质特征。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 用放大镜近距离看书，看到文字被放大，可是用放大镜看远处的物体时，却看到物体成了倒立缩小的像。 【思考问题】同样是凸透镜，物体到凸透镜的距离不同，成像特点不同。为何成像特点会有如此大的差别呢？凸透镜成像遵循什么规律呢？ 思考并回答问题 学习新课 一、探究凸透镜成像的规律 学生实验：探究凸透镜成像的规律 【提出问题】凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟哪些因素有关？ 【猜想假设】 猜想1：可能与物体到透镜的距离有关。 【依据】照相机、投影仪和放大镜的成像特点不同，是因为物体到透镜的距离不同。 猜想2：可能与凸透镜的焦距有关。 支持事例： 同一物体通过照相机成像，当照相机的焦距改变时（调焦），凸透镜所成像的大小会改变。 猜想3：像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。 支持事例：照相机与投影仪，物体和所成的像分居在凸透镜的两侧；通过放大镜观察物体，物体和像在透镜的同一侧。 【设计实验】 （1）相关概念 ①物距u：物体到透镜光心的距离。如图所示，物距为30cm； ②像距v：像到透镜光心的距离。如图所示，像距为60cm； ③焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。 （2）实验思路 我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，观察成像的情况。由于凸透镜对光的偏折程度跟透镜的焦距f 有关系，所以研究物距 u 的变化时，焦距 f 可能是个应该注意的参照距离。比如，我们可以注意观察物距大于、等于、小于一倍焦距、二倍焦距……时物体成像的情况。 （3）实验器材 ①光具座、凸透镜（焦距 f =10cm）、蜡烛（烛焰作为发光体）、光屏等。 ②光具座：光具座就是可以把凸透镜、光屏、蜡烛等器材放置在上面的器材。它下部有刻度尺可以测量各器材之间的距离，帮助我们读出物距、像距。 【信息快递】物体到透镜的距离称为物距（u）。 像到透镜的距离称为像距（v）。 能在光屏上呈现的像称为实像（realimage），它是由实际光线会聚形成的。 （4）数据记录表格 凸透镜的焦距 f=10 cm 实验 序号 物距 u/cm 像距 v/cm 像的性质 正立或倒立 放大或缩小 实像或虚像 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 【进行实验与收集证据】 （1）调整凸透镜、蜡烛（烛焰的中心）、光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度。 目的是为了使烛焰的像成在光屏的中央。 （2）将凸透镜固定在光具座中间50cm刻度处，把蜡烛放在较远处，使物距u＞2f（u＞20cm），移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察像的大小和正倒，同时测出此时的物距u和像距v，将数据记录在表格中。 （3）把蜡烛向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离等于二倍焦距u=2f（u=20cm），移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v，将数据记录在表格中。 （4）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距和二倍焦距之间f<u<2f（10～20cm），移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v ，记录在表格中。 （5）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离为一倍焦距u=f（u=10cm，在焦点处） ，移动光屏，光屏上不成像；眼睛通过透镜也看不到虚像。 （6）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距以内u<f（u<10cm），移动光屏，光屏上不成像，眼睛通过透镜，能看到虚像，记录像的正倒和大小。测出物距u，记录在表格中。 【交流与小结】 回顾实验过程，并与其他组的同学交流，总结凸透镜成像的规律，并填写下表。 物距 像的性质 像距 u＞2f u=2f f<u<2f u<f 【实验结论】凸透镜成像的规律 物距u和焦距 f的关系 像的性质 像的位置 像距v和焦距 f 的关系 虚实 大小 正倒 与物同（异）侧 u > 2f 实像 缩小 倒立 异侧 2f >v >f u = 2f 实像 等大 倒立 异侧 v = 2f 2f >u >f 实像 放大 倒立 异侧 v>2f u =f 不成像  u <f 虚像 放大 正立 同侧 - 联系实际，作出猜想 了解几个名词概念 熟悉操作流程，准备实验 阅读教材，熟悉实验操作及数据记录 按步骤操作，观察现象，记录数据 归纳总结 学习新课 二、成像规律及实验分析 （一）凸透镜成像的大小、正倒、虚实与哪些因素有关 1．像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像？在什么条件下成虚像？ u=f 是成虚像和实像的分界点，当物距大于透镜的1倍焦距时，物体成实像，当物距小于透镜的1倍焦距时，物体成虚像。 一倍焦距 分虚实 2．像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的像？在什么条件下成放大的像？ u=2f 是成像大小的分界点，当物距大于透镜的2倍焦距时，物体成缩小的像，当物距小于透镜的2倍焦距时，物体成放大的像。 二倍焦距 分大小 3．像的正倒：凸透镜在什么条件下成正立的像？在什么条件下成倒立的像？ 凸透镜所成的实像都是异侧倒立，虚像都是同侧正立。 实像异侧倒，虚像同侧正 4．像和像距随物距的变化规律 ①凸透镜成实像时，物距减小，像距变大，像变大，像与物同方向移动。物距增大，像距变小，像变小，像与物同方向移动。 ②凸透镜成虚像时，物距减小，像距减小，像变小。 实验表明，物体通过凸透镜成像的性质与物距有关。主光轴上有两个位置是成像性质变化的分界点，一个是二倍焦距处，另一个是一倍焦距处（焦点处）。二倍焦距处，是物体成缩小像与放大像的分界点；一倍焦距处，是物体成倒立实像与正立虚像的分界点。 5．凸透镜成像规律口诀 “一焦分虚实，二焦分大小； 物近（离焦点）像远像变大； 虚像（与物）同侧正，实像异侧倒，像物相互跟着跑。” （三）探究实验交流评估 【交流讨论】 1．在做实验时，某同学无论怎样移动光屏, 都无法在光屏上观察到烛焰的像。发生这一现象可能原因有哪些？ 可能原因有： ①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上； ②蜡烛的位置在透镜的一倍焦距以内； ③蜡烛的位置在透镜的焦点上。 2．用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质不变，像是否完整？像的亮度有什么变化？ 光屏上像的性质不变，还是完整的，但亮度会变暗些。 3．蜡烛长度变短时，像在光屏上的位置怎样变化？为了使像仍成在光屏的中央，应该怎样进行调节？ 像将会向上移动。调节方法：①将光屏向上移动；②将蜡烛向上移动；③将透镜和光屏向下调节。 【例题1】如图所示，保持凸透镜的位置不变，先后把烛焰放在a、b、c、d、e各点，并分别调整光屏的位置。则： ①把烛焰放在_________点，屏上出现的像最大； ②把烛焰放在_________点，屏上出现的像最小。 ③把烛焰放在_____点，光屏上出现清晰的像时，屏距透镜最远。 ④把烛焰放在_____________点，光屏上不会出现像。 【答案】 c a c d、e 【解析】根据凸透镜成像规律，物体放在焦点之外，物距越小，像距越大，实像越大。当屏上像最大时，则物距是最小的，c点符合；当屏上像最小时，则物距是最大的，a点符合；烛焰放在c点时，屏上出现最清晰像时，屏距凸透镜最远。 物体放在焦点处或之内时，屏上均不能成像，d、 e点符合。 【例题2】在做“凸透镜成像”的实验中，凸透镜焦距是10cm，当光屏距凸透镜16cm时，烛焰在光屏上成清晰的像。若光屏不动，将凸透镜向光屏方向移动2cm，要使光屏上再次得到清晰的像，下列说法正确的是（　　） A．蜡烛不动，像变小 B．蜡烛靠近凸透镜，像变小 C．蜡烛远离凸透镜，像变大 D．蜡烛远离凸透镜，像变小 【答案】D 【解析】凸透镜焦距是10cm，光屏离凸透镜16cm（像距）时， 2f＞16cm＞f，所以在光屏上得到一个倒立、缩小的实像。 保持光屏位置不变，把凸透镜向光屏方向移动2cm，像距变小，像变小，则物距增大，故蜡烛应远离凸透镜。 只有D正确。 故选D。 【例题3】小明做“探究凸透镜成像的规律”的实验，实验所用凸透镜的焦距为f=10cm，他把凸透镜固定在光具座上50cm处，调节蜡烛的烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一高度。 （1）如图所示，若此时他们想在实验中能用光屏承接到烛焰的实像，光屏应在_________（选填“50～60cm”、“50～60cm”）范围内移动； （2）保持凸透镜位置不变，把蜡烛放在 30cm刻度线处，调整光屏到透镜的距离，则会在光屏上看到烛焰_____（选填“放大”、“缩小”或“等大”）倒立的像； （3）他们想模拟投影仪的成像原理，应在步骤②的基础上将蜡烛向______（选填“靠近”或“远离”）凸透镜的方向移动，同时调节光屏的位置，使光屏向______（选填“靠近”或“远离”）凸透镜的方向移动。 （4）他保持凸透镜的位置不变，同时取下光屏，直接用眼睛观察凸透镜成像的各种情况。小明移动蜡烛使它从零刻度线处逐渐靠近凸透镜，同时小华从透镜的右侧透过透镜现察烛焰的像，图乙是小华整理并记录看到的像的情况，根据你所学的知识，判断出最先看到的像的编号是_____（选填代表像编号的数字）。 【答案】 靠近 远离 1 【解析】①由图可知，物距u=40cm>2f，则成倒立、缩小的实像，像距满足f<v<2f， 即10cm<v<20cm，则光屏的位置应在60cm~70cm处。 ②保持凸透镜位置不变，把蜡烛放在30cm刻度处，此时物距 u=20cm=2f，所以凸透镜成倒立、等大的实像，像距v=20cm. ③投影仪的成像原理是：当f＜u＜2f 时 ，成倒立、放大的实像，因此物距：10cm＜u＜20cm，要减小；像距v＞2f=20cm要增大，即蜡烛向靠近凸透镜，光屏远离凸透镜。 ④保持凸透镜位置不变，蜡烛从零刻度线处逐渐靠近凸透镜，即物距原来处于2倍焦距以外，当它从2倍焦距以外向焦点处移动时，物距变小，像距变大，像变大，且成倒立的像，故最先看到的是编号1。 分析实验，交流反思 总结规律 熟记口诀 交流评估 练习例题 练习例题 课 堂 练 习 1．课外阅读是同学们学习的一种重要途径。某同学在课外阅读时，用凸透镜观察书本上的一幅插图（如左图所示），分别看到了 A、B、C、D中的四种情形，则凸透镜和书本之间的距离最大的是（　C　） A． B． C． D． 2．现在很多家庭都配备了智能扫地机器人，其避障功能利用了类似凸透镜成像的原理。扫地机器人顶部的传感器相当于凸透镜，当有障碍物靠近时，传感器能感知到物体并避开。若该传感器的焦距为5cm，某次它检测到一个距离它8cm的障碍物，以下说法正确的是（　B　） A．此时传感器成倒立、缩小的实像，像距在5cm到10cm之间 B．此时传感器成倒立、放大的实像，像距大于10cm C．此时传感器成正立、放大的虚像，像距大于8cm D．此时传感器成倒立、等大的实像，像距等于10cm 3．如图所示，在一些博物馆里，为了方便游客观察一些比较小巧精密的物品时，往往会配一透镜来观察。此透镜对光线具有 会聚 作用，若该透镜的焦距为f，则物品与透镜的距离应 小于f （选填“小于f”“大于2f”或“大于f且小于2f”）。 4．物理兴趣小组同学在做凸透镜实验时，光屏和发光体在透镜的 两侧 （选填“同侧”、“两侧”），它们的中心在 同一高度 上，此凸透镜的焦距为10cm，发光体距离凸透镜16cm时，成 倒立放大 （选填“正立放大”、“正立缩小”、“倒立放大”、“倒立缩小”）的实像。 5．请用光线作图来说明：凸透镜能成缩小的像的原因。 6．在探究“凸透镜成像规律”的实验中。 （1）让凸透镜正对太阳光，左右移动光屏直至出现一个 最小、最亮 的光斑，测出焦距f＝10cm。 （2）依次将点燃的蜡烛、凸透镜、光屏安装在光具座上，将凸透镜固定在光具座中央，蜡烛放在20cm刻度线，移动光屏，发现像不在光屏中央，这时应该调节蜡烛、凸透镜、或光屏的高度，使烛焰和光屏的中心在凸透镜的 主光轴 上。 （3）左右移动光屏直到呈现最 清晰 的像，如甲图，此时看到的是倒立 缩小 的实像；若保持凸透镜位置不变，将蜡烛向右移动一段距离，应将光屏适当向 右 （左/右）移动又能呈现清晰的像。 （4）蜡烛移到35cm刻度线时，光屏上呈现的是倒立 放大 的实像；当蜡烛移到45cm刻度线时如乙图，此时人眼在 B 处能观察烛焰的像。 板 书 设 计 三、凸透镜成像的规律 一、探究凸透镜成像的规律 （一）实验准备 1．焦距f：焦点到凸透镜光心的距离；物距u：物体到透镜光心的距离；像距v：像到透镜光心的距离。 2．实验前调整凸透镜、蜡烛、光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度。目的是为了使烛焰的像成在光屏的中央。 （二）凸透镜成像的规律： （1）当物距u＞2f 时，成倒立、缩小的实像，像距f<v<2f，像位于物体异侧； （2）当物距u=2f 时，成倒立、等大的实像，像距u=2f，像位于物体异侧； （3）当物距f<u<2f时，成倒立、放大的实像，像距v＞2f，像位于物体异侧； （4）当物距u=f时，不成像； （5）当物距u<f时，成正立、放大的虚像，像距大于物距，像位于物体同侧； （三）规律分析： （1）两个分界点：二倍焦距处，是物体成缩小像与放大像的分界点；一倍焦距处，是物体成倒立实像与正立虚像的分界点。 （2）口诀：一焦分虚实，二焦分大小；物近（离焦点）像远像变大；虚像（与物）同侧正，实像异侧倒，像物相互跟着跑。 课 堂 小 结 三、凸透镜成像的规律 物距u和焦距 f的关系 像的性质 像的位置 像距v和焦距 f 的关系 虚实 大小 正倒 与物同（异）侧 u > 2f 实像 缩小 倒立 异侧 2f >v >f u = 2f 实像 等大 倒立 异侧 v = 2f 2f >u >f 实像 放大 倒立 异侧 v>2f u =f 不成像  u <f 虚像 放大 正立 同侧 - 作业布置 1．完成课后作业：“实践与练习” 2．配套同步分层作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$