第二节 探究凸透镜成像的规律（表格式教学设计）物理新教材北师大版（北京）八年级全一册

该初中物理教学设计聚焦凸透镜成像规律探究，通过小华用放大镜看书的情景导入，承接透镜对光作用的基础知识，连接照相机等生活应用，以实验步骤引导、数据记录表和光路图分析为支架，帮助学生构建知识。 亮点在于以科学探究为主线，规范实验流程（调节三心等高、分区域测量物距像距），结合三条特殊光线光路图分析成像原理（科学思维），通过口诀记忆规律（物理观念），交流评估环节培养合作与实事求是的态度（科学态度），课堂练习结合实例提升应用能力，助力学生深化规律理解和动手能力，为教师提供清晰教学流程与重难点突破方案。

第2节 探究凸透镜成像规律（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 第2节 探究凸透镜成像规律 教学 目标 物理观念 1、通过实验探究，理解凸透镜成像的规律，知道物距、像距的概念。 2、能说出物体在不同物距范围内（u>2f, f<u<2f, u<f）成像的倒正、大小、虚实等特点。 科学思维 1、经历从特殊到一般的归纳过程，能从实验数据中分析、比较、归纳出凸透镜成像的规律。 2、培养用物理模型（物距分区）解释和预测成像特点的能力。 科学探究 1、能通过实验探究凸透镜成像的规律，明确探究目的和步骤。 2、能正确使用光具座进行实验，会测量物距和像距。 3、能如实记录实验数据，并对数据进行分析，得出初步结论。 科学态度 与责任 1、在探究活动中体验克服困难、解决问题的喜悦，养成实事求是的科学态度和合作精神。 2、通过了解凸透镜成像规律在生活中的应用，认识到物理学对技术进步的巨大贡献。 教材 分析 地位与作用： 本节是本章的核心内容，承接第一节“透镜”的基础知识，是理论（透镜对光的作用）向应用（照相机、投影仪、放大镜）转化的关键环节。学生通过完整的科学探究活动，发现并总结凸透镜成像规律，这不仅是对光学知识的深化，更是科学探究方法（提出问题、设计实验、分析论证等）的系统训练，对培养学生科学素养至关重要。 内容结构： 教材以“探究”为主线，引导学生探究物距（u）的变化如何影响像距（v）和像的性质（倒正、大小、虚实），并最终将成像情况分为几个关键区域（u>2f, f<u<2f, u<f）进行总结。 学情分析 知识基础： 学生已经知道凸透镜对光有会聚作用，了解焦点、焦距的概念，具备进行本实验的知识准备。 前概念与误区： 学生对凸透镜成像的认识多来源于放大镜，对于成倒立、缩小的实像（如相机）感到陌生和困惑。容易将“像的大小”与“像的虚实”混淆。 能力与兴趣： 八年级学生动手兴趣浓厚，但计划性、严谨性不足。在实验中可能只关注“像是否清晰”，而忽略对物距、像距的精确测量和对像性质的全面描述。需要教师引导其有序操作、细致观察、规范记录。 教学重点 1、探究凸透镜成像的实验过程；2、凸透镜成像的规律。 教学难点 1、引导学生在探究过程中自主发现并总结规律；2、对“实像”和“虚像”成因的理解与区分。 教学 器材 教师演示用具：光具座、凸透镜（已知焦距f）、LED蜡烛（或F形电光源）、光屏、多媒体课件（展示实验步骤、数据记录表格）。 学生分组用具（每组）：光具座、凸透镜（焦距f已知，如f=10cm）、“F”形LED光源（或蜡烛、火柴）、光屏（白色硬纸板）、刻度尺。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 1. 情景导入：小华用爷爷的放大镜看书时发现了一个有趣的现象。如图所示，手持凸透镜，缓慢从桌面书本移向眼睛，将会观察到不同大小的字体。 通过观察，小华发现书上的字有时是正立的，有时是倒立的；有时是放大的，有时是缩小的。 2. 提问引导： “照相机镜头相当于一个什么透镜？”（凸透镜） “为什么同一个凸透镜能成缩小的像，也能成放大的像？这可能与什么因素有关？” 3. 引出课题与科学问题： 今天我们就通过实验来《探究凸透镜成像特点》。我们的核心问题是：凸透镜成像的特点（像的倒正、大小、虚实）跟物距有什么关系？ 学生猜想：可能与物体到镜头的距离有关。 学习新课 、探究凸透镜成像规律 （一）三个物理量 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。 （二）探究凸透镜成像规律 1、提出问题：通过凸透镜可以成“倒立、缩小的实像""倒立、放大的实像"和“正立、放大的虚像”那么，凸透镜成这三种像的条件是什么? 2、猜想：凸透镜成像的倒正、大小，虚实可能跟物距、凸透镜的焦距有关。 3、收集证据：根据你的猜想与假设，利用下面提供的实验器材，设计实验与制订方案，进行实验，并记录数据。 4、介绍实验器材： 光具座（带刻度）、凸透镜（焦距 f =10cm）、电子蜡烛（烛焰作为发光体）、光屏等。 5、器材组装 （1）从左至右，依次放置电子蜡烛、凸透镜和光屏。 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正中央。 （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=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（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（小于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。 6、实验记录表： 实验次数 物距 (u) 像距 (v) 像的性质 倒正 大小 虚实 1 u > 2f 2 u = 2f 3 f < u < 2f 4 u = f 5 u < f （三）分析论证 1. 凸透镜的三条特殊光线 ①通过光心的光线传播方向不改变 ②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点 ③经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴 2、凸透镜成像光学原理 （1）物距大于2倍焦距，即u＞2f 时 物距 u>2f 时， 成倒立、缩小的实像，像距 f<v<2f （2）物距u=2f 时 当物距u=2f 时，凸透镜成倒立、等大的实像，像距v=2f （3） 物距u： f＜u＜2f 时 当 f＜u＜2f 时 ，成倒立、放大的实像，像距 v>2f （4）物距u=f 时 当物距u=f 时，凸透镜不成像 （5）物距u＜f 时 当物距u<f 时，凸透镜成正立、放大的虚像 （四）交流与评估 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？ （像将会向上移动。） 4、为了使像仍成在光屏的中央，应该怎样进行调节？ 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。 5、规律记忆口诀 一焦分虚实，二焦分大小； 虚像（与物）同侧正，实像异侧倒； 物近（离焦点）像远像变大，物远像近像变小。 6、练习 【例1】以下是“探究凸透镜成像规律”的实验： (1)如图A所示，由甲图中可知，凸透镜的焦距是 cm；当蜡烛的烛焰、凸透镜的中心和光屏中心在同一高度，位置如乙图所示时，光屏上得到一个清晰的像，该像是倒立、 的实像。 (2)小明同学想利用LED发光字研究凸透镜所成实像与发光物体在上下左右的位置关系，如图B所示的汉字中，适合做本次研究的LED光源的是 字。 【例2】A′B′是物体AB经凸透镜所成的像。请你通过光路图确定凸透镜的光心O，及两个焦点F的位置，并画出凸透镜。 根据光具座，明确物距、像距、焦距等基础概念。 提出问题，并根据提出的问题进行猜想，设计探究实验。 根据老师讲解分组组装实验器材，注意调整凸透镜、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。 根据课件实验步骤进行实验，像距和成像性质特点记录在导学案的表格里 分析论证：通过透镜上三条特殊光线，通过画光路图理解凸透镜在三区间两点上的成像特点 和同学交流讨论，1、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？ 2、 用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像是否完整？像的性质是否改变？ 3、当蜡烛变短时，像怎样移动？ 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1. 蜡烛距凸透镜40cm，能在距凸透镜30cm的光屏上得到一个倒立缩小的实像，则透镜的焦距可能是（　　） A．40cm B．25cm C．16cm D．12cm 【答案】C 【详解】分步解析 明确已知条件：物距u=40cm，像距v=30cm，成倒立缩小实像。 根据成像条件列不等式： 物距条件：u>2f → 40cm>2f → 解得f<20cm； 像距条件：f<v<2f → f<30cm<2f → 解得15cm<f<30cm。 取两个不等式的交集：15cm<f<20cm。 匹配选项：只有选项 C（16cm）在该范围内。 2. 请用作图法找出蜡烛火焰A点的像A′。 【答案】 3. 做凸透镜成像实验，当蜡烛距透镜15cm时，在光屏上成放大的像，则下列说法错误的是 （　　） A．蜡烛距透镜45 cm时，一定成缩小的实像 B．蜡烛距透镜20 cm时，一定成放大的实像 C．蜡烛距透镜18 cm时，可能成放大的实像 D．蜡烛距透镜6 cm时，一定成放大的虚像 【答案】B 【详解】先确定焦距范围：已知u=15cm时成放大像，因此有两种可能： 若为放大实像：f<15cm<2f → 解得7.5cm<f<15cm； 若为放大虚像：15cm<f → 解得f>15cm。 综上，焦距f>7.5cm。 逐一分析选项： 选项 A：u=45cm。无论f是8cm（第一种情况）还是20cm（第二种情况），45cm都大于2f（2×8=16cm或2×20=40cm），必成倒立缩小实像，正确。 选项 B：u=20cm。若f=12cm（第一种情况），12cm<20cm<24cm，成放大实像；若f=18cm（第二种情况），20cm>18cm但20cm<36cm（2f），也成放大实像？不，若f=25cm（第二种情况），20cm<25cm，成放大虚像（不是实像）。因此 “一定成放大的实像” 错误，B 错误。 选项 C：u=18cm。若f=10cm（第一种情况），10cm<18cm<20cm，成放大实像；若f=20cm（第二种情况），成虚像。因此 “可能成放大实像”，正确。 选项 D：u=6cm。因f>7.5cm，故6cm<f，必成正立放大虚像，正确。 4.在探究“凸透镜成像规律”的实验中： (1)发现用凸透镜看远处物体时，可以看见倒立、缩小的像；用该凸透镜看自己的指纹时，能看见正立、放大的像；由此提出问题：凸透镜成像时，像的大小、正倒、虚实跟 _______有关系呢？ (2)凸透镜对光的偏折程度跟透镜的_______有关系，所以它应该是个注意的参照距离； (3)在光具座上，将蜡烛、光屏安装在凸透镜两侧，调节三者高度时，________（选填“需要”或“不需要”）点燃蜡烛； (4)下图是某一次的获得清晰像的实验情景，此时在光屏上得到的是：倒立、 __________（选填“放大”或“缩小”）的实像；如果此图中的凸透镜是自制的水凸透镜，继续向水凸透镜内注水，使水凸透镜的焦距变小，不改变蜡烛和凸透镜的位置，要在光屏上再次成清晰的像，光屏应向________（选填“左”或“右”）移动，像的大小与原来的相比___________（选填“变大”、“不变”或“变小”）； (5)小冰用几个红色的发光二极管按“F”字样镶嵌排列在白色方格板上替代蜡烛作为光源，又用同样的白色方格板做成光屏，光具座上的刻度尺也换成下图的，下面是对小冰的实验装置进行的评价，其中错误的是______ 。 A．所成的像比较稳定 B．便于比较像与物的大小 C．可直接测出物距和像距 D．利用此装置不能测量凸透镜的焦距 （1）【答案】物距 【详解】凸透镜成像的大小、正倒、虚实，核心影响因素是物距与焦距的关系（或 “物距”）。看远处物体时物距远大于焦距，成倒立缩小实像；看指纹时物距小于焦距，成正立放大虚像。 答案：物距（或物距与焦距的关系） （2）【答案】焦距凸透镜偏折程度的影响因素 【详解】凸透镜对光的偏折程度由焦距决定：焦距越短，透镜越 “凸”，偏折能力越强；焦距越长，偏折能力越弱。焦距是成像规律中最重要的参照距离。 （3）【答案】需要 【详解】需要点燃蜡烛。因为调节高度的目的是使 “烛焰、凸透镜光心、光屏中心” 在同一高度，只有点燃蜡烛，才能确定烛焰的中心位置，避免像成在光屏上方或下方。 （4）【答案】缩小；左；变小 【详解】成像大小判断：若实验情景中（隐含条件：物距大于像距），根据 “物远像近像变小”，物距u>v时，成倒立、缩小的实像（如照相机原理）。 水凸透镜注水后：焦距变小，相当于透镜偏折能力变强，光线会更早会聚。此时蜡烛和透镜位置不变（物距不变），像会靠近透镜，因此光屏应向左移动。 像的大小变化：像距变小，根据 “物近像远像变大，物远像近像变小”，像距变小则像变小。 （5）【答案】D 【详解】 A：发光二极管作为光源，亮度稳定、不会晃动，所成的像更稳定，正确。 B：光源和光屏都用白色方格板，可通过方格数量直接比较像与物的大小，正确。 C：光具座有刻度尺，能直接测量光源到透镜的距离（物距）、光屏到透镜的距离（像距），正确。 D：可测量焦距（如让光源发出的平行光经透镜会聚，光屏上最亮的点到透镜的距离就是焦距），因此 “不能测量焦距” 错误，D 错误。 板 书 设 计 第2节 探究凸透镜成像规律 记忆口诀 一焦分虚实，二焦分大小；虚像（与物）同侧正，实像异侧倒；物近（离焦点）像远像变大，物远像近像变小。 课 堂 小 结 1. 总结规律： 师生共同回顾，用口诀或表格形式总结凸透镜成像规律。 2. 课堂练习： 出示几道判断题或选择题，即时反馈学习效果。 作 业 1、完成课后“实践与探索”练习 2、配套同步分层作业 教学反思 成功之处：本节课以学生探究实验为核心，充分体现了学生的主体地位，学生在动手操作中建构知识，印象深刻。通过清晰的探究步骤引导和数据记录表格的设计，使实验过程有条不紊，目标明确，有效克服了学生实验的盲目性。板书设计采用表格形式，将成像规律分区对比，直观清晰，利于学生形成系统的知识网络。 待改进之处：部分小组在调节“三心等高”时耗时较多，影响了后续探究的完整性。可考虑课前对小组长进行简要培训，或制作微视频演示关键操作。 对“虚像”成因的理解仍是难点，部分学生难以从“光的折射”和“反向延长线”的角度去理解。今后可结合光路图动画进行演示，帮助学生突破思维障碍。 时间安排略显紧张，分析论证环节可让更多小组分享数据，增强说服力。可考虑将“u=f”和“u<f”情况的探究作为选做或演示，保证前三个区域的探究深度。 ( 6 / 7 ) 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $