4.2 探究凸透镜成像的规律 2025-2026学年北师大版（北京）（2024）物理八年级全一册

该初中物理教学设计聚焦凸透镜成像规律核心知识，通过小华用放大镜观察邮票的生活情境，引发“同一透镜不同距离成像不同”的认知冲突，明确物距、焦距、实像虚像等实验要素，搭建从生活现象到科学探究的桥梁。 特色在于以分组实验（固定焦距改变物距）和对比实验（固定物距改变焦距）落实科学探究，引导学生经历完整探究过程，结合动态示意图深化物理观念，知识迁移解释照相机等应用培养科学思维，分层作业与教学反思助力教师高效教学，提升学生探究能力与科学态度。

《探究凸透镜成像的规律》教案 学科 初中物理 年级册别 八年级上册 共1课时 教材 北师大版《义务教育教科书·物理八年级全一册》 授课类型 实验探究课 第1课时 教材分析 教材分析 本节内容是“透镜及其应用”章节中的核心实验探究课，旨在引导学生通过动手实验，系统探究凸透镜成像的规律。教材以小华观察邮票的日常生活情境引入，激发学生兴趣，再通过“做一做”实验流程，逐步引导学生建立物距、像距与成像特点之间的关系。教材不仅呈现了完整的实验设计步骤，还融入了“想一想”“交流与评估”等思维拓展环节，体现了从现象到规律、从实验到理论的科学探究路径。该部分内容为后续学习照相机、投影仪、放大镜等实际应用奠定了基础，具有承上启下的关键作用。 学情分析 八年级学生已掌握光的折射基本知识，具备一定的观察能力和逻辑推理能力，但对抽象的光学成像规律缺乏直观理解。学生虽接触过放大镜、照相机等生活用品，但多停留在使用层面，未深入思考其背后的成像原理。部分学生在实验操作中可能出现调节不准确、观察不细致等问题，尤其对虚像与实像的区分存在困惑。因此，在教学中需借助真实实验情境、可视化作图与小组协作，帮助学生突破“物距决定成像特点”这一认知难点，培养其科学探究意识与实践能力。 课时教学目标 物理观念 1. 能准确描述凸透镜成像的三种基本类型：倒立缩小实像、倒立放大实像、正立放大虚像，并能结合实验数据说明其对应的物距范围。 2. 理解物距（u）、焦距（f）与像距（v）三者之间的定量关系，初步建立“物距决定成像特点”的核心概念。 科学思维 1. 能基于实验现象提出合理猜想，如“物距大于二倍焦距时可能成缩小实像”，并设计对照实验验证假设。 2. 能运用比较、归纳与类比方法，分析不同物距下成像的差异，提炼出成像规律的数学表达式（如：u > 2f → 倒立缩小实像） 科学探究 1. 能独立完成光具座实验装置的搭建，包括调整烛焰中心、凸透镜光心、光屏中心在同一高度，确保实验准确性。 2. 能在多次改变物距的实验中，规范记录物距、像距、像的大小、正倒、虚实等信息，并形成结构化数据表。 科学态度与责任 1. 能在实验过程中保持严谨态度，如实记录实验现象，不因结果不符合预期而随意修改数据。 2. 能主动参与小组讨论，倾听他人意见，尊重科学证据，养成实事求是的科学精神。 教学重点、难点 重点 1. 掌握凸透镜成像的三种基本类型及其对应的物距条件，能用语言清晰描述规律。 2. 能独立完成光具座实验，准确测量物距与像距，并正确判断像的性质。 难点 1. 理解“虚像”与“实像”的本质区别，特别是当光屏无法承接像时，如何通过透镜观察虚像。 2. 从多组实验数据中归纳出“物距与焦距关系决定成像特点”的普遍规律，克服“经验主义”误区。 教学方法与准备 教学方法 议题式教学法、情境探究法、合作探究法、讲授法、实验演示法 教具准备 光具座、电子蜡烛、凸透镜（焦距10cm、5cm各一个）、光屏、刻度尺、白纸、多媒体课件 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入，激发探究兴趣【5分钟】 一、创设真实情境，引发认知冲突 （一）、展示小华观察邮票的实验照片（图4.2-1） 1. 教师出示图片：将爷爷的放大镜（凸透镜A）置于距离邮票较近位置，引导学生观察图像——此时邮票被放大，呈正立像；再将同一透镜移至约50cm处，发现邮票图像“倒过来”，呈倒立像。 2. 提问：为什么同一个放大镜，放在不同距离，看到的像会完全不同？有时正立，有时倒立？有时放大，有时缩小？这背后隐藏着什么秘密？ 3. 展示奶奶的放大镜（凸透镜B）在50cm处的成像情况（图4.2-1丁），对比两幅图像：虽然物距相同，但成像效果不同，进一步强化学生的疑问： - 为什么两个不同的凸透镜，在相同物距下成像不同？ - 成像特点到底由哪些因素决定？ 4. 引导学生聚焦核心问题：凸透镜成像的特点是否与物距有关？是否与焦距有关？ 5. 明确本节课任务：我们今天要化身“光学侦探”，通过一系列实验，揭开凸透镜成像的神秘面纱。 二、明确实验要素，建立研究框架 （一）、讲解关键概念：物距、像距、实像、虚像 1. 教师在黑板上画出凸透镜光心与主轴，标出“物体”“光心”“光屏”位置。 2. 定义：物体到凸透镜光心的距离叫物距（u）；像到凸透镜光心的距离叫像距（v）。 3. 重点强调：实像是由实际光线会聚而成，能在光屏上承接；虚像是由光线反向延长线相交而成，不能在光屏上承接，只能透过透镜观察。 4. 演示：取下光屏，让学生从透镜另一侧观察电子蜡烛，看到正立放大的像——这就是虚像，引导学生理解“为何光屏接不住” 5. 提醒：当光屏上无法呈现清晰像时，必须取下光屏，从透镜后方观察，才能确认是否存在虚像。 1. 观察实验照片，思考成像差异原因。 2. 提出自己的猜想：可能与距离、透镜大小或焦距有关。 3. 记录关键概念定义，理解实像与虚像的区别。 4. 配合教师演示，尝试从透镜后方观察虚像。 评价任务 观察敏锐：☆☆☆ 问题提出：☆☆☆ 概念理解：☆☆☆ 设计意图 以真实生活情境导入，利用“正立变倒立”“同距异像”等矛盾现象制造认知冲突，激发探究欲望。通过图像对比与教师示范，帮助学生建立“物距”“像距”“实像/虚像”等核心概念，为后续实验奠定认知基础。强调“取下光屏观察虚像”的操作要点，避免实验误判。 实验探究，构建规律模型【20分钟】 1、 分组实验：探究物距对成像的影响（焦距固定为10cm） （一）、实验前准备：搭建光具座装置 1. 教师演示光具座组装：将焦距10cm的凸透镜固定在光具座50cm刻度线处，电子蜡烛放置在左侧，光屏置于右侧，三者中心大致对齐。 2. 强调三点一线原则：必须调节电子蜡烛的烛焰中心、凸透镜光心、光屏中心在同一高度，否则像会偏移或模糊。 3. 学生分组领取器材，按要求安装装置，教师巡视指导，纠正偏差。 4. 说明实验记录表格式：表4.2-1，包含物距（u）、像的正倒、大小、虚实四项。 （二）、系统性改变物距，观察并记录成像特征 1. 第一次实验：将电子蜡烛移至最左端（如30cm刻度线），物距u = 50 - 30 = 20cm，大于2f（20cm），点燃蜡烛，缓慢移动光屏，直到出现清晰像。 - 观察：像是否清晰？是放大还是缩小？正立还是倒立？能否在光屏上承接？ - 记录：像距v ≈ 15cm，像为倒立、缩小的实像。 2. 第二次实验：将蜡烛移至40cm刻度线，物距u = 50 - 40 = 10cm，等于2f。 - 观察：像是否清晰？像高与物高是否接近？ - 记录：像距v ≈ 50cm，像为倒立、等大的实像。 3. 第三次实验：将蜡烛移至45cm刻度线，物距u = 50 - 45 = 5cm，小于2f，大于f（10cm） - 观察：像是否清晰？是放大还是缩小？ - 记录：像距v ≈ 100cm，像为倒立、放大的实像。 4. 第四次实验：将蜡烛移至48cm刻度线，物距u = 50 - 48 = 2cm，小于f（10cm） - 观察：移动光屏，无法在屏上找到像；取下光屏，从透镜后方观察。 - 记录：像为正立、放大的虚像，像距无法测量。 5. 教师巡视各组，提醒学生注意：每次移动后需重新调节光屏位置寻找清晰像；若像模糊，可微调透镜或光屏位置。 6. 各组汇总数据，填写完整表格，形成初步结论： - u > 2f → 倒立、缩小的实像； - u = 2f → 倒立、等大的实像； - f < u < 2f → 倒立、放大的实像； - u < f → 正立、放大的虚像。 二、对比实验：探究焦距对成像的影响 （一）、更换凸透镜，保持物距不变 1. 教师引导：现在我们来回答另一个问题：焦距会影响成像吗？ 2. 将原10cm焦距凸透镜更换为5cm焦距凸透镜，仍固定在50cm刻度线处。 3. 保持电子蜡烛在45cm刻度线处（即物距u = 5cm），此时u = 5cm，f = 5cm，物距等于焦距。 4. 学生观察：无论怎样移动光屏，都无法在光屏上得到像；取下光屏后，从透镜后方观察，发现像非常模糊且无法确定位置。 5. 教师提问：为什么这次像更难观察？是否与焦距有关？ 6. 引导学生发现：当物距等于焦距时，光线平行射出，不成像；当焦距变短，成像区域更集中，实验难度增加。 7. 总结：凸透镜成像特点不仅与物距有关，也与焦距密切相关。 1. 分组组装光具座装置，确保三点一线。 2. 按照教师指导，依次改变物距，寻找清晰像并记录数据。 3. 小组内分工合作：一人操作，一人记录，一人观察，一人汇报。 4. 当光屏无法成像时，主动取下光屏，从透镜后方观察虚像。 5. 对比两次实验结果，讨论焦距变化对成像的影响。 评价任务 操作规范：☆☆☆ 数据准确：☆☆☆ 合作有效：☆☆☆ 设计意图 通过“系统性改变物距”实现变量控制，使学生亲历“提出问题—设计实验—收集证据—得出结论”的完整探究过程。分组实验增强动手能力，培养团队协作意识。对比实验凸显焦距的影响，深化对“物距与焦距共同决定成像”的理解。教师适时介入指导，防止实验失败，保障探究效率。 规律总结，深化理性认识【10分钟】 一、归纳成像规律，构建知识网络 （一）、引导学生从实验数据中提炼规律 1. 教师提问：根据你们的实验数据，能否总结出凸透镜成像的规律？ 2. 引导学生分组讨论，每组派代表发言，教师板书关键词： - u > 2f → 倒立、缩小、实像（像距：f < v < 2f） - u = 2f → 倒立、等大、实像（像距：v = 2f） - f < u < 2f → 倒立、放大、实像（像距：v > 2f） - u < f → 正立、放大、虚像（像距：无法测量） 3. 教师补充：当物距等于焦距（u = f）时，光线平行射出，无法成像，称为“不成像点”。 4. 展示图4.2-3凸透镜成像情况示意图，动态演示物体在不同区域时的成像状态，帮助学生建立空间想象。 二、解释生活现象，实现知识迁移 （一）、回归导入情境，解答小华疑惑 1. 教师提问：现在你能解释小华爷爷的放大镜为什么近距离看邮票是正立放大的虚像，远距离看却是倒立缩小的实像吗？ 2. 学生回答：当物距小于焦距时（近），成正立放大虚像；当物距大于二倍焦距时（远），成倒立缩小实像。 3. 教师追问：那奶奶的放大镜为何在50cm处成像不同？ 4. 学生思考：因为奶奶的放大镜焦距更短，可能只有5cm，当物距为50cm > 2f，应成倒立缩小实像，但实际观察到的是放大的像，说明其焦距更长，或为其他类型透镜。 5. 引导学生理解：焦距越长，成像范围越大，更容易出现放大像。 6. 拓展：照相机利用“物距大于2f”成倒立缩小实像；投影仪利用“f < u < 2f”成倒立放大实像；放大镜利用“u < f”成正立放大虚像。 1. 小组讨论，归纳成像规律，代表发言。 2. 观看示意图，理解成像区域划分。 3. 运用规律解释小华的观察现象。 4. 思考生活中的应用实例，尝试分类对应成像类型。 评价任务 规律归纳：☆☆☆ 解释应用：☆☆☆ 思维迁移：☆☆☆ 设计意图 通过归纳与图示，将零散实验数据升华为系统规律，帮助学生构建“物距-成像类型-应用”的知识链条。联系导入情境，实现“从现象到规律，从规律到应用”的闭环，提升知识迁移能力。鼓励学生主动思考，发展科学解释能力。 拓展延伸，挑战高阶思维【5分钟】 一、提出开放性问题，驱动深度思考 （一）、设置探究任务，引导学生自主验证 1. 教师提问：如果把凸透镜挡住一半，像会怎样变化？ - 学生猜想：像变暗、残缺、不变？ - 教师提示：可用遮光板覆盖一半透镜，观察成像变化。 2. 提问：物体通过凸透镜成实像时，像与物的左右是否颠倒？ - 学生观察：在光屏上看到的像，与实物相比，左右方向是否相反？ - 教师演示：在蜡烛上贴一个“→”箭头，观察像的方向。 3. 提问：若无论如何移动光屏都找不到清晰像，可能的原因有哪些？ - 学生讨论：三点未对齐、透镜污损、环境光太强、物距太小或太大等。 4. 教师鼓励：课后可设计实验验证上述猜想，写成小报告。 二、布置实践任务，延续探究热情 （一）、实践与探索题解析 1. 问题1：当物体位于一倍焦距与二倍焦距之间时，光屏上可得倒立、放大的实像，可用于投影仪、幻灯机。 2. 问题2：焦距8cm的凸透镜，物体从30cm移至10cm，物距由远变近，像逐渐变大，像距由小变大。 3. 问题3：建议学生课后用器材验证“遮半透镜”“左右颠倒”“无法成像原因”等问题。 1. 针对开放问题进行猜想与讨论。 2. 提出实验验证思路。 3. 记录拓展任务，准备课后探究。 评价任务 思维开放：☆☆☆ 探究意愿：☆☆☆ 问题意识：☆☆☆ 设计意图 通过设置富有挑战性的开放问题，激发学生持续探究的兴趣，打破“实验结束即终止”的思维定式。引导学生从“被动接受”转向“主动质疑”，培养批判性思维与创新意识。实践任务为后续课程埋下伏笔，体现科学探究的连续性。 作业设计 一、基础巩固 1. 请写出凸透镜成像的四种基本类型及对应的物距条件。 2. 一个焦距为15cm的凸透镜，当物距为20cm时，所成的像是（ ） A. 倒立、缩小的实像 B. 倒立、放大的实像 C. 正立、放大的虚像 D. 无法判断 3. 用放大镜观察邮票时，邮票到透镜的距离应满足（ ） A. 大于2倍焦距 B. 等于2倍焦距 C. 小于焦距 D. 大于焦距小于2倍焦距 4. 在“探究凸透镜成像规律”实验中，若烛焰、透镜、光屏三者的中心不在同一高度，会出现什么现象？应如何纠正？ 二、能力提升 5. 有一凸透镜，其焦距为10cm。将点燃的蜡烛从距离透镜30cm处逐渐移近至15cm处，请你描述像的大小、正倒、虚实以及像距的变化趋势。 6. 请用三条特殊光线（平行于主轴、过光心、过焦点）作图，表示物体在“物距大于2倍焦距”时的成像过程，并标出像的位置与性质。 7. 小明用凸透镜做实验时，发现无论怎样移动光屏，都无法在光屏上承接到像。请你帮他分析可能的原因至少写出三种。 三、拓展探究 8. 查阅资料，了解“望远镜”和“显微镜”中凸透镜的应用原理，并简要说明它们分别利用了凸透镜的哪种成像规律。 【答案解析】 一、基础巩固 1. ①u > 2f：倒立、缩小、实像；②u = 2f：倒立、等大、实像；③f < u < 2f：倒立、放大、实像；④u < f：正立、放大、虚像。 2. A 3. C 4. 像会偏离光屏中心，甚至无法在光屏上呈现；应调节烛焰、透镜、光屏中心在同一高度。 二、能力提升 5. 物距从30cm减小到15cm，物距从大于2f变为等于2f，像由倒立缩小实像逐渐变为倒立等大实像，像逐渐变大，像距由小于2f增大到2f。 6. 作图要求：三条光线分别平行、过光心、过焦点，折射后相交于一点，像为倒立缩小实像。 7. 可能原因：①烛焰中心、透镜光心、光屏中心未对齐；②物距小于焦距，成虚像；③环境光太强，影响观察；④透镜有污渍或损坏。 三、拓展探究 8. 望远镜：物镜成倒立缩小实像，目镜成正立放大虚像；显微镜：物镜成倒立放大实像，目镜成正立放大虚像。两者均利用凸透镜组合成像。 板书设计 [板书设计] 《探究凸透镜成像的规律》 1. 核心概念： • 物距（u）：物体到光心距离 • 像距（v）：像到光心距离 • 实像：光屏可承接，倒立 • 虚像：光屏不可承接，正立 2. 三大规律： | 物距范围 | 成像特点 | 像距范围 | 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 | 正立、放大、虚像 | 无 | 放大镜 | 3. 特殊点： • u = f：不成像（光线平行） • 三点一线：保证成像清晰 教学反思 成功之处 1. 情境导入真实生动，小华观察邮票的案例极大激发了学生探究兴趣，课堂参与度高。 2. 实验设计科学合理，通过“固定焦距→改变物距”和“固定物距→更换焦距”双线实验，有效突破“物距与焦距共同决定成像”的难点。 3. 板书结构清晰，采用表格+图文结合方式，便于学生记忆与理解规律。 不足之处 1. 部分小组在调节“三点一线”时耗时较长，影响整体进度，今后可提前录制标准操作视频供参考。 2. 对“虚像”的理解仍有个别学生模糊，下次可增加“虚拟现实模拟”辅助教学。 3. 拓展问题开放性强，但部分学生缺乏探究经验，应提供更多支架式引导。 学科网（北京）股份有限公司 $