5.2 凸透镜成像的规律 教学设计 -2025-2026学年北师大版物理八年级上学期

该初中物理教学设计聚焦凸透镜成像规律核心知识，通过“小明排水防灾”真实情境导入，承接透镜基础知识，开启生活应用探究，形成“发现问题-实验探究-解释现象”完整脉络。 以情境主线贯穿教学，实验探究分五步规范操作培养科学探究能力，动态光路图与口诀归纳深化科学思维，结合“水凸透镜引火”实例落实科学态度与责任，助力学生建构规律认知，教师使用可高效融合知识传授与素养培养。

《第二节 凸透镜成像的规律》教学设计 基本信息 课题 凸透镜成像的规律 学科 初中物理 年级 八年级上册 教材与教学内容 版本：北师大版 页码：第126–131页，第五章第二节 【课时教材分析】 本节内容是初中物理光学部分的核心知识之一，承接“透镜”基础知识，开启“生活中的透镜”应用篇章。教材通过学生实验探究的方式，引导学生系统研究凸透镜在不同物距条件下成像的特点，包括像的正倒、大小、虚实以及像距的变化规律。内容以问题驱动，设计了完整的科学探究流程：提出问题→猜想假设→制订方案→收集证据→分析论证→评估交流，体现了新课标倡导的“探究式学习”理念。教材还引入光路图分析法，用三条特殊光线作图解释成像原理，将抽象的成像规律可视化，帮助学生建立物理模型思维。此外，拓展阅读中“森林火灾成因探秘”将物理知识与现实生活紧密结合，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。 【课时学情分析】 八年级学生已具备一定的观察能力和动手操作能力，对“放大镜”“照相机”等生活中常见的光学器材有一定感性认识，但对成像背后的物理规律缺乏系统理解。此前已学习透镜的基本类型、焦点、焦距等概念，为本节课的学习奠定了基础。然而，学生在理解“物距”“像距”“实像与虚像”等抽象概念时仍存在困难，尤其对“虚像不能呈现在光屏上”这一特性容易产生误解。同时，实验操作中调节烛焰、透镜、光屏三者中心在同一高度的技术细节易被忽视，影响实验效果。学生正处于形象思维向抽象逻辑思维过渡阶段，因此需借助直观实验现象和动态光路图辅助理解。通过小组合作探究，可激发学习兴趣，培养科学探究能力和团队协作意识。 【课时设计思想】 本课以“小明保护麦糠避免起火”的真实情境为主线，贯穿整个教学过程，形成“发现问题—提出问题—实验探究—解释现象—迁移应用”的完整故事线。教学设计遵循“以学生为主体、教师为主导”的原则，采用“议题式教学+情境探究+合作实验”相结合的模式。通过设置层层递进的驱动性问题，引导学生主动参与实验设计与操作，在“做中学”中建构知识。注重科学方法的渗透，如控制变量法、归纳法、模型法（光路图），培养学生科学思维与探究能力。评价方式采用过程性评价与结果性评价结合，关注学生在实验操作、数据分析、合作交流中的表现，促进深度学习的发生。 【教学目标】 物理观念： 1. 能准确说出凸透镜成像的五种情况（u > 2f, u = 2f, f < u < 2f, u = f, u < f）及其对应的像的性质（正倒、大小、虚实、像距范围）。 2. 理解实像与虚像的本质区别，掌握实像是实际光线会聚而成、可在光屏上呈现，而虚像是反向延长线会聚而成、只能用眼观察。 科学思维： 1. 能运用控制变量法设计实验，探究物距变化对成像特点的影响，并通过数据分析归纳出成像规律。 2. 能利用三条特殊光线（平行主轴过焦点、过焦点平行主轴、过光心方向不变）进行光路图作图，解释成像原理，发展模型建构与推理能力。 科学探究： 1. 能独立或合作完成“探究凸透镜成像规律”的实验，正确安装并调节实验器材，准确测量物距、像距，记录并描述成像特征。 2. 能在实验中观察到实像与虚像的区别，验证物像位置互换时光路可逆的现象，提升实验操作与观察能力。 科学态度与责任： 1. 在实验中养成实事求是、严谨细致的科学态度，尊重实验数据，勇于修正错误认知。 2. 能运用所学知识解释“露珠引发森林火灾”“矿泉水瓶引发火灾”等生活现象，增强安全意识和社会责任感。 【教学重难点】 教学重点：通过实验探究得出凸透镜成像的规律，掌握物距与像的性质之间的对应关系。 教学难点：理解虚像的形成原理及无法在光屏上呈现的原因；能用光路图解释不同物距下的成像情况。 【教学课时】 1课时（45分钟） 【教学策略】 采用议题式教学法创设问题情境，结合情境探究法引导学生发现问题；运用合作探究法组织学生分组实验，亲历科学探究全过程；辅以讲授法和演示法突破难点，利用多媒体动画展示光路图变化过程，强化理解。 【教学准备】 教师准备：多媒体课件（含露珠起火视频片段、光路图动画）、凸透镜成像实验装置示意图、实物投影仪、不同焦距的凸透镜若干。学生实验器材（每组）：光具座、凸透镜（f=10cm）、蜡烛、火柴、光屏、刻度尺。安全提示牌：“注意防火，小心烫伤”。 【教学过程】 教学环节 教学活动 设计意图 教师活动 学生活动 一、情境导入 引发思考 （一）、讲述生活故事，激发认知冲突。 同学们，今天老师给大家讲一个真实的故事：小明的爸爸在晒谷场上把麦糠堆成了垛，准备晾干。突然天气预报说要下雨，小明赶紧用塑料薄膜把麦糠盖了起来。雨过天晴，太阳出来了，小明发现薄膜上积了一摊水，他立刻跑过去把水排掉了。有同学可能会问：这不是好事吗？雨水没淋湿麦糠，为什么还要把水排掉呢？难道水还会带来危险？其实啊，这里面藏着一个重要的物理原理——今天我们就要通过实验来揭开这个谜底！ （二）、提出核心议题，明确探究方向。 我们已经知道凸透镜能会聚光线，那么当物体放在离凸透镜不同距离的位置时，它所成的像会有哪些不同的特点呢？比如像是放大的还是缩小的？是正立的还是倒立的？能不能用光屏接收到？这就是我们今天要重点探究的问题——“凸透镜成像的规律”。我们将通过亲手实验，一步步找出答案，并最终解释小明为什么要排掉那摊水。 1. 认真倾听故事，思考“排水”行为背后的可能原因。 2. 结合已有知识猜测：是否与透镜有关？水会不会起到类似凸透镜的作用？ 3. 明确本节课的学习任务和探究主题，产生强烈的好奇心和探究欲望。 以贴近生活的真实事件导入，打破学生“水无害”的常识认知，制造悬念，激发学习兴趣。通过提出核心议题，将学生的注意力聚焦到“物距影响成像”这一关键问题上，为后续探究做好铺垫。 二、实验探究 建构规律 （一）、明确实验目的，规范操作步骤。 1. 展示实验装置，讲解结构功能。 教师利用PPT展示图5.2-2“探究凸透镜成像规律的实验装置”， 逐一介绍各部件：光具座用于固定和测量位置；蜡烛作为发光物体；凸透镜（已知焦距f=10cm）是成像元件；光屏用于接收实像。强调实验目标是改变物距u（烛焰到透镜的距离），观察并记录像距v（像到透镜的距离）及像的正倒、大小、虚实等特征。 2. 强调关键操作，确保实验成功。 特别提醒学生：“必须调节烛焰中心、透镜中心和光屏中心在同一高度！”这是实验成败的关键。如果不齐平，可能出现像在光屏上方或下方，无法完整呈现。请各小组先完成这一步，老师巡视指导。 （二）、分步进行实验，系统收集数据。 1. 第一组实验：物距大于两倍焦距（u > 2f）。 请同学们将蜡烛置于距离透镜30cm处（即u=30cm，f=10cm，满足u>2f）。缓慢移动光屏，直到光屏上出现最清晰的烛焰像。观察并回答：像是正立还是倒立？比物体大还是小？能否在光屏上看到？记录此时的像距v。提示：若像模糊，微调光屏前后位置。 2. 第二组实验：物距等于两倍焦距（u = 2f）。 将蜡烛移至距透镜20cm处（u=20cm），重复上述操作：移动光屏找清晰像，观察像的正倒、大小、虚实，测量像距v，并填入表格。注意比较此时像的大小与物体是否相等。 3. 第三组实验：物距在一倍焦距与两倍焦距之间（f < u < 2f）。 将蜡烛移至距透镜15cm处（u=15cm），再次移动光屏寻找清晰像。观察发现：像仍然是倒立的，但明显比物体大！这说明当物体靠近透镜但仍大于f时，可以得到放大的实像。记录像距v（应大于2f）。 4. 第四组实验：物距等于一倍焦距（u = f）。 将蜡烛移至距透镜10cm处（u=f=10cm），尝试移动光屏，无论怎样调节都找不到清晰的像。这是因为当u=f时，折射光线平行射出，不会相交，故不成像。此为成像的临界点。 5. 第五组实验：物距小于一倍焦距（u < f）。 将蜡烛移至距透镜5cm处（u=5cm （三）、组织数据整理，引导规律归纳。 请各小组将实验数据填写在表5.2-1中，并派代表分享观察结果。教师汇总全班数据，投影展示完整表格： 焦距f / cm 物距u / cm 像距v / cm 正立或倒立 放大或缩小 虚像或实像 10 30 15 倒立 缩小 实像 10 20 20 倒立 等大 实像 10 15 30 倒立 放大 实像 10 10 不成像 — — — 10 5 — 正立 放大 虚像 引导学生对比分析： - 当u>2f时，成倒立、缩小的实像，f - 当u=2f时，成倒立、等大的实像，v=2f； - 当f2f； - 当u=f时，不成像； - 当u 总结口诀：“一焦分虚实，二焦分大小；物近像远像变大（实像范围内）。” 1. 观察PPT图示，了解实验装置组成及各部分作用。 2. 小组合作安装器材，调节烛焰、透镜、光屏三心等高。 3. 按照教师指令依次改变物距，进行五组实验： 　　① u=30cm → 找到倒立缩小的实像，测得v≈15cm； 　　② u=20cm → 找到倒立等大的实像，v=20cm； 　　③ u=15cm → 找到倒立放大的实像，v≈30cm； 　　④ u=10cm → 光屏上无像，理解“不成像”含义； 　　⑤ u=5cm → 透过透镜观察，看到正立放大的虚像。 4. 如实填写实验记录表，积极参与小组讨论，尝试归纳规律。 5. 倾听教师总结，记忆口诀，深化理解。 通过分层次、结构化的实验设计，让学生亲历科学探究全过程，培养实验操作能力与数据分析能力。从具体现象出发，逐步抽象出普遍规律，符合认知发展规律。使用真实数据构建表格，增强结论可信度。口诀化总结便于记忆，提升学习效率。 三、模型解析 深化理解 （一）、引入光路图，演示作图方法。 刚才我们通过实验得出了成像规律，但你知道这些像是怎么形成的吗？下面我们用“光路图”来揭示其本质。展示图5.2-7：凸透镜有三条特殊光线： ① 平行于主轴的光线，折射后经过焦点； ② 经过焦点的光线，折射后平行于主轴； ③ 经过光心的光线，传播方向不变。 教师示范：以物体AB位于u>2f为例，从A点画出两条特殊光线：一条平行主轴经透镜过F，另一条过光心直行。两条折射光线的交点A'即为A的像点。同理可得B'，连接A'B'即为倒立缩小的实像。 （二）、动态演示多种情况，强化空间想象。 播放动画：依次展示u>2f、u=2f、f （三）、回应初始情境，解释物理原理。 回到开头的问题：小明为什么要排掉薄膜上的水？因为积水形成了一个“水凸透镜”，阳光穿过水层发生会聚，在下方麦糠上形成高温焦点，长时间照射可能引燃麦糠造成火灾！就像教材中提到的“露珠引发森林火灾”一样。所以野外不能乱扔矿泉水瓶，也是同样的道理。 1. 跟随教师学习三条特殊光线的画法，理解其物理意义。 2. 观察光路图动画，理解实像与虚像的形成机制差异。 3. 动手尝试在纸上绘制u=2f和f4. 联系生活实例，理解“水透镜”可能带来的安全隐患，增强防范意识。 利用光路图将抽象的成像过程可视化，帮助学生建立物理模型，发展科学思维。动画演示增强动态感知，突破“虚像形成”这一难点。首尾呼应，用所学知识解释导入情境，实现知识迁移，体现物理的应用价值。 四、巩固练习 迁移应用 （一）、典型例题解析。 例1：如图5.2-4所示，下列说法正确的是（ C ） A. 图甲中透镜焦距为10cm（错误，未说明最小最亮光斑位置） B. 向左移动光屏可得放大实像（错误，当前u=35cm>2f，应向右移屏） C. 蜡烛移至30cm刻度，u=20cm=2f，成等大实像（正确） D. 移至45cm刻度，u=5cm 例2：无人机摄像机镜头为凸透镜，高空拍摄全景时，物距很大（u>2f），应成倒立缩小实像，像距接近f，故像靠近a点（焦点附近）。 （二）、组织课堂检测。 发放练习单，包含选择、填空、作图题，限时完成。 1. 分析选项，判断正误，理解常见误区。 2. 运用成像规律解答实际问题，如无人机成像位置判断。 3. 独立完成课堂练习，检验学习效果。 通过典型例题辨析易错点，强化规律应用能力。设置贴近生活的应用题，提升解决问题的能力。及时反馈学习成效，为教学调整提供依据。 【作业设计】 一、基础巩固题 1. 凸透镜成像时，________是成实像和虚像的分界点，________是成放大像和缩小像的分界点。 2. 当物距________焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像，这是________（填“照相机”或“投影仪”）的原理；当物距________焦距时，成正立、放大的虚像，这是________的原理。 3. 某凸透镜焦距为10cm，若物体距透镜30cm，则像距为______cm左右，像是________、________的________像。 二、实验分析题 小华在“探究凸透镜成像规律”实验中，发现当蜡烛距透镜15cm时，光屏上得到一个倒立、放大的清晰像。则该透镜的焦距可能是（　　） A. 5cm　　　B. 10cm　　　C. 15cm　　　D. 20cm 请说明理由：_________________________________________________________ 三、光路图作图题 请根据凸透镜的三条特殊光线，完成下图中物体AB经凸透镜后的成像光路图（已知u > 2f）。 （学生需补画两条特殊光线及像A'B'） 四、拓展实践题 请你找一个透明塑料瓶，装满水后放在阳光下，观察它是否能点燃纸片。记录实验过程与结果，并用本节课所学知识解释现象。注意：实验须在成人监护下进行，注意防火安全！ 【板书设计】 凸透镜成像的规律（f=10cm） ────────────────────────────── 物距(u)　　　　像的性质　　　　　像距(v)　　　　应用举例 ────────────────────────────── u > 2f　　　　倒立、缩小、实像　　f < v < 2f　　　照相机 u = 2f　　　　倒立、等大、实像　　v = 2f　　　　　测焦距 f < u < 2f　　倒立、放大、实像　　v > 2f　　　　　投影仪 u = f　　　　不成像　　　　　　　　—　　　　　　　平行光源 u < f　　　　正立、放大、虚像　　|v| > u（同侧）　放大镜 ────────────────────────────── 口诀：一焦分虚实，二焦分大小；物近像远像变大（实像） 光路图三线： ① 平行主轴 → 过焦点 ② 过焦点 → 平行主轴 ③ 过光心 → 方向不变 【教学反思】 本节课以“小明排水防灾”这一生活情境贯穿始终，有效激发了学生的学习兴趣和探究动机。通过分组实验，学生亲自动手操作，经历了完整的科学探究过程，不仅掌握了凸透镜成像的五大规律，更提升了实验设计、数据记录与分析的能力。特别是在调节“三心等高”环节，多数小组能主动发现问题并调整，体现了良好的动手素养。光路图的教学借助动画演示，使抽象的光线传播变得直观可视，显著降低了“虚像形成”这一难点的理解门槛，学生反馈良好。 但也存在一些不足之处：个别小组在实验初期未能充分理解“清晰像”的判断标准，导致像距测量偏差较大；部分学生对“u=f时不成像”的现象感到困惑，需进一步强化临界状态的理解。此外，由于时间限制，光路图作图练习未能全员充分展开，部分学生仍需课后加强训练。未来可考虑将实验分为两课时，第一课时专注操作与现象观察，第二课时深入分析与作图，以保证每个环节的深度。 值得肯定的是，学生在解释“露珠起火”“矿泉水瓶火灾”等现实问题时表现出强烈的科学责任感，能够自觉联系所学知识进行风险预警，达到了“科学态度与责任”的培养目标。今后应继续挖掘更多贴近生活的物理案例，让课堂真正成为连接知识与生活的桥梁。 学科网（北京）股份有限公司 $