5.3 凸透镜成像的规律 教学设计 2025-2026学年人教版物理八年级上学期

课时主题

探究凸透镜成像的规律及其在生活中的应用

课程

新授课

课时

1课时（共1课时）

本课时教学内容分析

本节课是人教版初中物理八年级上册第五章《透镜及其应用》中的核心内容之一。教材通过“问题—实验—结论—应用”的逻辑结构，引导学生从照相机、投影仪和放大镜等生活中常见的光学仪器出发，提出“凸透镜成像究竟有什么规律？”这一核心问题。
教学内容主要包括：明确物距的概念，设计并实施“探究凸透镜成像规律”的实验，观察记录不同物距下像的虚实、大小、正倒及像距的变化情况，归纳总结出凸透镜成像的四大规律区间：
（1）当u > 2f时，成倒立、缩小的实像；
（2）当u = 2f时，成倒立、等大的实像；
（3）当f < u < 2f时，成倒立、放大的实像；
（4）当u < f时，成正立、放大的虚像。
同时强调以焦距f为参照单位来描述物距与像距的关系，有助于揭示成像规律的本质。本节内容既是前两节“透镜”和“生活中的透镜”的深化，也为后续学习“眼睛和眼镜”奠定理论基础，具有承上启下的关键作用。

学情分析

八年级学生已经具备一定的观察能力和动手操作能力，对生活中常见的放大镜、照相机等光学器材有直观体验，但对成像原理缺乏系统理解。他们刚刚学习了光的折射、凸透镜对光线的作用以及照相机、投影仪、放大镜的基本成像特点，具备初步的光学知识储备。
然而，学生对于“物距”“像距”“实像”“虚像”等抽象概念的理解仍存在困难，尤其是在实验中如何准确调节三心等高、判断像是否清晰、区分实像与虚像等方面容易出现操作误区。
此外，学生在数据分析和规律归纳方面尚处于发展阶段，面对多组实验数据可能难以提炼出清晰的规律。因此，教学中需通过情境导入激发兴趣，借助小组合作降低实验难度，并通过层层设问引导思维递进，帮助学生实现从现象感知到规律认知的跨越。

学习目标

物理观念：
1. 能说出凸透镜成像的四种基本情形及其对应的物距条件，理解实像与虚像、放大与缩小、正立与倒立的区别；
2. 能结合照相机、投影仪、放大镜的工作原理，解释其成像性质与物距之间的关系。

科学思维：
1. 能根据实验数据绘制物距与像距的关系图，运用分类比较的方法归纳成像规律；
2. 能利用凸透镜成像规律推理解决实际问题，如调整投影位置、选择合适的拍摄距离等。

科学探究：
1. 能独立或小组合作完成“探究凸透镜成像规律”的实验，正确安装器材、调节三心等高、移动物体与光屏寻找清晰像；
2. 能准确记录物距、像距、像的性质，并分析数据得出结论。

科学态度与责任：
1. 在实验过程中养成严谨求实的态度，尊重实验事实，不随意篡改数据；
2. 意识到凸透镜成像规律在科技发展和日常生活中的广泛应用，增强物理学习的兴趣和社会责任感。

学

教学重点：
 

习重难点

1. 探究并掌握凸透镜成像的四种基本规律，特别是物距与像的性质之间的对应关系；
2. 理解实像与虚像的形成机制及观察方法差异。

教学难点：
1. 实验中准确调节发光体、凸透镜、光屏三者中心在同一高度，并找到最清晰的像；
2. 归纳总结出完整的成像规律，尤其是u=2f和u=f两个临界点的特殊意义；
3. 理解“用焦距作为参照距离”来描述物距的科学价值。

教学策略

采用“情境驱动—实验探究—合作交流—归纳建构—迁移应用”的教学主线，融合议题式教学法、情境探究法、合作探究法与讲授法。
以“如何拍全天安门城楼全景”这一真实问题贯穿始终，创设任务情境，激发探究动机；组织学生分组实验，亲历科学探究全过程；通过小组汇报、师生对话促进思维碰撞；最后回归生活应用，实现知识的迁移与升华。

教学资源准备

发光二极管物体、凸透镜（f=10cm）、光屏、刻度尺、光具座、多媒体课件、视频资料（照相机、投影仪工作过程）、圆柱形玻璃瓶装水、毛笔、实验记录表。

教学环节

教学活动

设计意图

一、情境导入，提出问题

一、情境导入，引发认知冲突

（1）播放视频，设置悬念：
教师播放一段天安门广场游客拍照的短视频：一位同学站在原地反复调试相机，却始终只能拍到天安门城楼的一部分，无法拍下全景。他焦急地说：“为什么我离得这么远还拍不全？”引发学生思考。
随后展示另一段画面：摄影师将镜头拉远，退到更远处才成功拍下全景。提问：“同样是照相机，为什么有时候要靠近物体，有时候又要远离？这背后隐藏着怎样的光学规律？”

（2）回顾旧知，建立联系：
引导学生回忆前两节所学内容：“我们已经知道照相机成的是倒立缩小的实像，投影仪成的是倒立放大的实像，放大镜成的是正立放大的虚像。”
追问：“这些不同的像，是不是跟物体离镜头的远近有关？你能猜一猜，物体离凸透镜越近，像会发生什么变化吗？”鼓励学生大胆猜想，并简要记录几种可能性。

（3）引出课题，明确任务：
教师总结：“看来，像的大小、虚实、正倒确实可能与物体到凸透镜的距离——也就是‘物距’有关。今天我们就来亲自做实验，全面探究‘凸透镜成像的规律’，看看能否帮那位同学解决拍照难题！”板书课题：第3

利用真实生活情境激发学习兴趣，制造认知冲突，促使学生产生探究欲望；通过复习旧知搭建认知桥梁，自然引出新课题。

节 凸透镜成像的规律。

二、实验探究，收集数据

二、动手实践，开展科学探究

（1）讲解装置，规范操作：
教师出示实验装置图（对应教材图5.3-2），介绍各部件名称：发光二极管作为发光物体、凸透镜、白色硬纸板作为光屏、光具座用于固定和测量。
特别强调：“为了能在光屏上接收到完整的像，必须保证发光物体、凸透镜中心、光屏中心三点在同一高度，简称‘三心等高’。”教师现场演示调节过程，并提醒学生先粗调再微调，确保平行于主光轴。

（2）示范首次实验，明确流程：
教师进行第一次示范操作：将发光物体置于距凸透镜约30cm处（已知f=10cm，即u>2f），缓慢移动光屏直至出现最清晰的像。
边操作边讲解：“我们要记录三个关键信息：一是物距u（物体到透镜的距离），二是像距v（像到透镜的距离），三是像的性质——包括虚实（能否呈现在光屏上）、大小（与原物相比）、正倒（上下方向是否颠倒）。”
示范完成后，请一名学生上台复述操作要点，强化记忆。

（3）分组实验，自主探究：
将学生分为6人小组，每组一套实验器材。发放实验记录表，表格包含以下列项：序号、物距u/cm、像距v/cm、像的虚实、像的大小、像的正倒、备注。
明确实验步骤：
① 固定凸透镜位置，在光具座上标出焦点F和两倍焦距2F的位置；
② 将发光物体从远处（如u=30cm）开始，依次向透镜靠近，每次移动2~5cm；
③ 每次放置好物体后，左右移动光屏寻找最清晰的像，读取并记录数据；
④ 当光屏上无法呈现清晰像时，撤去光屏，从光屏一侧透过透镜观察，判断是否能看到正立放大的虚像，并记录结果。
教师巡视指导，重点关注“三心是否等高”“像是否最清晰”“读数是否准确”，及时纠正错误操作。

（4）数据汇总，共享成果：
实验结束后，邀请各小组代表将关键数据填写至黑板上的公共数据汇总表中。例如：
第一组：u=30cm, v≈15cm, 倒立、缩小、实像；
第二组：u=20cm, v=20cm, 倒立、等大、实像；
第三组：u=15cm, v≈30cm, 倒立、放大、实像；
第四组：u=8cm, 无法在光屏成像，透过透镜见正立放大虚像。
 

让学生亲历科学探究全过程，培养实验技能和团队协作能力；通过规范操作和教师示范，降低实验门槛；数据共享提升课堂效率和结论可信度。