4.2 探究：凸透镜成像的规律（教学设计） ----2025-2026学年沪科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探究，以“太空授课”水透镜视频情境导入，联系平面镜成像知识提出问题，通过理论作图（不同物距光路图）与实验验证结合的学习支架，梳理成像规律。 特色在于理论与实践深度融合，先通过光路图推导不同物距成像性质，再实验验证，拓展实验（遮半透镜）纠正定势思维，结合光路可逆互推深化理解，体现科学思维（模型建构、科学推理）与科学探究（实验验证）。助力学生深化规律理解、培养探究能力，为教师提供结构化教学流程，提升课堂效率。

第二节 探究：凸透镜成像的规律 （一）基于情境，提出问题 师：请同学们观看一个小视频。 播放视频。 师：在中国航天的“太空授课”中，航天员在空间站内，做出了水透镜，这个水透镜是一个凸透镜。通过这个水透镜，我们看见了航天员倒立缩小的像。 我们已经知道了平面镜成像的特点，那么凸透镜成像有什么特点？是否一定成倒立缩小的像？下面，我们通过实验来进行探究。 （二）分析问题，展开探究 设计思路： 注重理论与实践的结合。首先，通过理论分析和画图，初步理解凸透镜的成像规律。随后，通过实验来验证这些理论预测。这种方法旨在培养学生的理论分析能力，使他们学会用理论来指导实验验证。在已经知道结论的情况下，学生可以更有针对性地设计和操作实验，从而更快地验证结果，提高研究效率。同时，这种方法也有助于完善理论模型。如果实验结果与预期结论不符，学生可以进行反思和分析，找出其中的原因提出新的理论。 探究任务1：通过作图分析凸透镜成像的性质 设计思路： 本环节要求学生绘制物体在不同物距下通过凸透镜所成的像的光路图。分别绘制出u>2f、u=2f、2f>u>f、u=f以及u<f时所成的像的光路图。通过光路图绘制和理论推导，帮助学生全面掌握凸透镜成像的规律。 1.探究u>2f时，凸透镜成的像的性质 师：请大家在图5.3-13中画出物体AB经过凸透镜所成的像。(物体在20cm以外) 学生画成像光路图。 师：根据作图(以图5.3-14为示例)，此时成的像具有什么性质？大家可以从像与物相比是正立还是倒立的、是放大还是缩小的来描述像的性质，并说明所成的像是实像还是虚像：此时凸透镜成的是一个缩小倒立的实像。 师：其他组的结论与此相同吗？ 展示其他小组所画的光路图(图5.3-15)，交流讨论后得到：凸透镜成像中，当u>2f时，物体离凸透镜越近，它所成的像就越大，但一直都比物体小。 2.探究u=2f时，凸透镜成的像的性质 师：当物体放在20cm刻度线处，画出物体AB经过凸透镜成的像，学生绘制成像光路图。 展示学生所画的光路图，引导分享交流。 师：通过作图，大家可以得到，此时物体成的像具有什么性质？ 生：此时凸透镜成的是一个等大倒立的实像。 3.探究f<u<2f时，凸透镜成的像的性质 师：当物体放在10~20cm间的某一位置处，画出物体AB经过凸透镜成的像，学生绘制成像光路图。 展示学生所画的光路图(图5.3-16)，引导分享交流。 师：通过作图，大家可以得到，此时物体成的像具有什么性质？ 生：此时凸透镜成的是一个放大倒立的实像。 4.探究u=f时，凸透镜成的像的性质 师：当物体放在10cm刻度线处，画出物体AB经过凸透镜成的像，学生绘制成像光路图。 展示学生所画的光路图，引导分享交流。 师：通过作图，大家可以得到，此时物体成的像具有什么性质？ 生：此时凸透镜不成像。 5.探究u<f时，凸透镜所成的像的性质 师：当物体放在10cm以内，画出物体AB经过凸透镜所成的像。学生绘制成像光路图。 师：通过作图(以图5.3-17为示例)，大家可以得到，此时物体成的像具有什么样的性质？ 生：此时凸透镜成的是一个放大正立的虚像。 师：其他组的结论与此相同吗？ 展示其他小组学生所画的光路图(图5.3-18)，引导交流讨论。 师：根据作图分析，我们发现凸透镜成像时，当u>2f时，成缩小倒立的实像；当u=2f时，成等大倒立的实像；当2f>u>f时，成放大倒立的实像；当u=f时，不成像；当u<f时，成放大正立的虚像。这就是凸透镜成像的规律。 探究任务2：通过实验验证凸透镜成像的规律 设计思路： 本实验引导学生通过实验验证理论上得到的凸透镜的成像规律是否正确，了解科学探究的因素，强化学习的独立性、主动性。 通过理论分析，学生知道了凸透镜成像的规律。接下来进行实验验证：验证实验1：当u>2f时，物体通过凸透镜所成的像相对于物体是倒立、缩小的实像。验证实验2：当u=2f时，物体通过凸透镜所成的像相对于物体是倒立、等大的实像。验证实验3：当2f>u>f时，物体通过凸透镜所成的像相对于物体是倒立、放大的实像。验证实验4：当u=f时，物体通过凸透镜不成像。验证实验5：当u<f时，物体通过凸透镜所成的像相对于物体是正立、放大的虚像。 实验仪器：光具座、F灯、凸透镜、光屏，如图5.3-19所示。 实验步骤： ①调节F灯、凸透镜、光屏，使三者的中心大致在同一高度 ②调节物体到凸透镜的距离(依次为u>2f，u=2f，2f>u>f，u=f，u<f)。 ③调节光屏到凸透镜的距离，使F灯在光屏上成清晰的实像。如果u<f，则移走光屏，逆着光的传播方向看透镜，看是否能看到像。 ④观察像的正倒(相对于物)及其与物体大小的关系。 通过理论结合实验验证，总结凸透镜成像的特点。 （三）意义建构，准确理解 任务1：探究凸透镜成像规律的拓展实验 设计思路：在探究实验后增加以下拓展实验，加深对凸透镜成像规律实验的认识。如果遮住半块凸透镜，成的像是否只剩下一半？通过实验可以纠正学生的定势思维，引导学生从凸透镜成像的角度去分析问题。 遮住半块凸透镜，很多学生觉得此时凸透镜所成的像也只剩下一半，是不是真的这样？先通过实验观察现象，再用光路图(图5.3-20)帮助学生进一步明确像的定义。凸透镜被遮住了一半，其实就是透镜面积变小了，但这个透镜还是能成像，依然会成完整的像，只是收集到的光变少了，所以像会变暗。通过此实验现象，我们可以准确地理解像是由物体发出的所有光(或光的一部分)经凸透镜折射后会聚而形成的。 任务2：利用光路可逆对u>2f、2f>u>f时所成像的性质进行互推。 设计思路：通过作图理论分析凸透镜成的像的性质时，引导学生画出当u>2f时的光路图，再根据光路可逆推出2f>u>f时像的性质。 师：利用平行于主光轴和过光心的光线作图(图5.3-21)，物体AB通过凸透镜成一个倒立缩小的实像CD，此时u>2f，2f>v>f。大家能借用现在的图快速告诉我，若2f>u>f，所成的像的性质是什么？ 生1：如果把像CD看成物体，根据光路可逆，它发出的两条光线会沿着原光路反向传播，两条折射光线就会会聚于A点(图5.3-21)。那么AB就是CD的像，是一个倒立放大的实像，此时2f>u>f，v>2f 生2：我把原来的图旋转180°(图5.3-22)，此时CD就是物，AB就是像，这时就能得到物在一倍焦距与两倍焦距之间，经凸透镜成放大倒立的实像。 （四）应用巩固，小结反思 任务1：运用所学的知识解决问题 设计思路：通过问题检测学生能否利用凸透镜成像规律解决问题。 师：已知发光棒高2cm，凸透镜的焦距为5cm。把发光棒立于离凸透镜20cm处，此时会成一个怎样性质的像？把发光棒往靠近凸透镜的方向移动，要想在光屏上呈现像，光屏应该如何移动？所成的像有何变化？ 生：凸透镜的焦距为5cm，物距为20cm，则物体是在两倍焦距以外，根据凸透镜成像规律，此时应该成一个倒立缩小的实像。当物距减少时，像距应该要增大，把发光棒往靠近凸透镜方向移动，要得到清晰的像，光屏应该远离凸透镜，所成的像越来越大。 任务2：小结本课时内容 师：大家能总结一下凸透镜成像的规律吗？生：当u>2f时，成缩小倒立的实像；当2f>u>f时，成放大倒立的实像；当u<f时，成放大正立的虚像。 师：不错!如果不想记那么多，有没有其他办法？生：我们可以按照2个分界点分为3个区间(图5.3-23)，其实记住2个分界点就可以记住凸透镜成像的规律。 师：如果我连2个分界点都忘记了，还有没有其他方法推出凸透镜成像的规律呢？ 生：可以画图。如图5.3-24所示，只要会画u>2f的成像光路图，根据光路可逆可以推出2f>u>f的成像光路图。另外，再画出u<f的成像光路图(图5.3-25)就可以了。 【课时评价任务】 1、(凸透镜成像的规律)如图所示,小强在做凸透镜成像实验时,他得到以下结论,你认为正确的是( ). A.蜡烛置于c点时,在光屏上能成一个放大的像 B.蜡烛置于b点时,在光屏上能成一个倒立、缩小的像 C.蜡烛从 a 点向b点移动,光屏上的像逐渐变大 D.蜡烛从b点向左移动,光屏上的像逐渐变大 2、一束平行光线经过凸透镜折射后的传播方向如图甲所示.由图可知,此透镜的焦距为_______cm;当把烛焰放在此凸透镜左侧12 cm 处时,如图乙所示,则从该凸透镜右侧通过透镜可以看到一个___(填“正立”或“倒立”)、放大的虚像. 3、凸透镜1倍焦距到2倍焦距之间的物体AB，从A点发出的两条光如图5.3-27所示。 (1)请在图5.3-27中作出物体AB通过凸透镜所成的像。 (2)像与物位于透镜的同侧还是异侧？请在图5.3-27中标出像距。 (3)物距相同，换用焦距减半的凸透镜，请在图5.3-28中作出物体AB的像。 (4)此时，相对于物体AB，像的性质是 、 的 像。由此可得的物距相同，不同 的凸透镜，所成的像也不同。 学科网（北京）股份有限公司 $