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册

5.3凸透镜成像的规律 教学设计 一、核心素养目标 1 物理观念：理解凸透镜成像规律，明确物距、像距与焦距的关系对成像正倒、大小、虚实的影响，建立凸透镜成像的定量认知模型。 2 科学思维：通过实验数据分析归纳成像规律，培养逻辑推理、分析概括能力，能运用规律解释生活中凸透镜的应用原理。 3 科学探究：经历完整的“提出问题-猜想假设-设计实验-进行实验-分析论证-评估交流”探究过程，掌握控制变量法和图像法处理数据的方法，提升实验操作与现象分析能力。 4 科学态度与责任：认识探究规律对解决实际问题的价值，激发科学探究的兴趣，培养严谨求实的实验态度和合作交流的意识。 二、教学重难点 1 重点：凸透镜成像规律的探究过程；物距、像距与焦距的关系对应的成像特点；规律的归纳与应用。 2 难点：实验中物距、像距的精准测量与数据记录；成像规律的归纳与理解（尤其是物距变化时像距和像的动态变化）；运用规律解决实际问题。 三、教学准备 1 实验器材：每组一套焦距为10cm的凸透镜、光具座（带刻度）、蜡烛（或LED光源）、光屏、火柴、刻度尺、实验记录单。 2 教学资源：多媒体课件（包含成像规律动画、实验操作视频、情景例题）、实物展台、不同焦距的凸透镜（备用）。 四、教学过程 （一）议题导入：情境设问，引发探究 1 呈现情景：回顾上节课内容，展示照相机、投影仪、放大镜的工作场景图片，提问：同样是凸透镜，为什么照相机成倒立缩小的实像，投影仪成倒立放大的实像，放大镜成正立放大的虚像？2 师生互动：引导学生思考，学生结合上节课知识可提出“可能与物体到凸透镜的距离有关”。教师追问：物体到凸透镜的距离（物距）与焦距存在怎样的关系时，会出现不同的成像情况？3 引出议题：本节课我们通过实验探究“凸透镜成像的规律”，揭开物距、像距与成像特点之间的神秘联系。 （二）新知探究一：实验准备与方案设计 1 明确实验关键概念 1 教师讲解：在实验中，我们需要明确三个关键距离——物距u：物体到凸透镜光心的距离；像距v：像到凸透镜光心的距离；焦距f：凸透镜焦点到光心的距离（本节课使用的凸透镜焦距f=10cm，提前告知学生）。2 师生互动：让学生在光具座上指出如何测量物距和像距，强化概念认知。 2 猜想与假设 1 引导学生结合生活经验和上节课知识猜想：当物体在不同位置（如u>2f、f<u<2f、u<f）时，成像特点可能不同。2 学生分组讨论，记录猜想结果，教师巡视指导，鼓励学生提出合理猜想。 3 实验方案设计 1 实验目的：探究物距u与焦距f的关系对成像正倒、大小、虚实的影响。2 实验器材：明确每组所需器材及作用（凸透镜：成像元件；光具座：测量物距和像距；蜡烛：提供光源；光屏：承接实像）。3 实验步骤： （1）将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，调整三者的中心在同一高度。 （2）将蜡烛放在较远处，使物距u>2f（如u=30cm），移动光屏，直到在光屏上得到最清晰的像，记录物距u、像距v和像的特点（正倒、大小、虚实）。 （3）改变蜡烛位置，使物距u=2f（如u=20cm），重复步骤（2），记录相关数据和成像特点。 （4）继续改变蜡烛位置，使物距f<u<2f（如u=15cm），重复步骤（2），记录数据和成像特点。 （5）将蜡烛放在焦点处，使物距u=f（如u=10cm），移动光屏，观察是否能成像。 （6）将蜡烛放在焦点以内，使物距u<f（如u=5cm），移动光屏，观察是否能成像；再透过凸透镜直接观察物体，记录成像特点。4 实验注意事项： （1）调整三者中心在同一高度的目的：使像成在光屏中央，便于观察和测量。 （2）移动光屏时，要缓慢移动，直到找到最清晰的像，确保数据准确。 （3）记录数据时，要区分实像和虚像，实像可在光屏上承接，虚像不能。 5 师生互动：教师演示实验器材的安装和调整方法，强调注意事项；学生分组讨论实验步骤，明确分工（1人操作、1人测量、1人记录、1人观察）。 （三）新知探究二：实验探究与数据收集 1 学生分组实验：按照设计的实验步骤进行实验，教师巡视指导，重点关注： （1）三者中心是否在同一高度； （2）物距和像距的测量是否准确（读数时视线要与刻度线垂直）； （3）成像特点的观察和记录是否全面； （4）实验中遇到的问题及解决方法。2 数据记录：学生将实验数据和成像特点记录在实验记录单上，参考如下记录框架： 实验次数、物距u/cm、物距与焦距的关系、像距v/cm、像距与焦距的关系、像的特点（正倒/大小/虚实） 3 师生互动：各小组完成实验后，选取2-3组的实验记录单通过实物展台展示，引导其他小组对比分析，发现数据中的共性规律。 （四）新知探究三：数据分析与规律归纳 1 分组分析数据 1 引导学生分组对实验数据进行分析，重点讨论： （1）当u>2f时，像距v的范围和成像特点； （2）当u=2f时，像距v的范围和成像特点； （3）当f<u<2f时，像距v的范围和成像特点； （4）当u=f时，是否成像； （5）当u<f时，是否成像，成像特点如何。2 教师巡视指导，帮助学生梳理数据，引导学生用简洁的语言概括规律。 2 集体归纳规律 1 各小组代表发言，分享本组的分析结果，教师结合学生发言，在多媒体上逐步呈现凸透镜成像规律： （1）当u>2f时，f<v<2f，成倒立、缩小的实像； （2）当u=2f时，v=2f，成倒立、等大的实像； （3）当f<u<2f时，v>2f，成倒立、放大的实像； （4）当u=f时，不成像（光线经凸透镜后平行射出）； （5）当u<f时，成正立、放大的虚像，像与物体在凸透镜的同一侧。2 难点突破：物距变化时像距和像的动态变化规律 1 教师提问：当物体逐渐向凸透镜靠近（物距减小）时，像的大小和像距会如何变化？2 引导学生结合实验数据思考，学生可发现：当u>f时，物距减小，像距增大，像变大；当u<f时，物距减小，像距减小，像变小。3 教师用多媒体动画演示这一动态变化过程，强化学生理解。 3 规律应用：联系生活实际 1 教师提问：结合我们归纳的凸透镜成像规律，回顾上节课学习的照相机、投影仪、放大镜，它们分别利用了哪个成像规律？2 师生互动：学生思考后发言，教师总结： （1）照相机：利用u>2f时，成倒立、缩小的实像； （2）投影仪：利用f<u<2f时，成倒立、放大的实像； （3）放大镜：利用u<f时，成正立、放大的虚像。 （五）重点知识归纳概括 1 凸透镜成像核心规律： （1）分界点：2f是成放大实像和缩小实像的分界点；f是成实像和虚像、倒立像和正立像的分界点。 （2）成像规律：u>2f，倒立缩小实像，f<v<2f；u=2f，倒立等大实像，v=2f；f<u<2f，倒立放大实像，v>2f；u=f，不成像；u<f，正立放大虚像。 （3）动态变化：u>f时，物近像远像变大；u<f时，物近像近像变小。 2 实验关键要点： （1）实验前调整三者中心在同一高度，目的是使像成在光屏中央。 （2）实像：由实际光线会聚形成，可在光屏上承接，倒立；虚像：由实际光线反向延长线会聚形成，不可在光屏上承接，正立。 （3）测量物距和像距时，要以凸透镜光心为基准点读取刻度。 3 规律应用要点： （1）判断成像特点：先明确物距与焦距的关系，再对应规律判断。 （2）解决实际问题：根据设备的成像需求，确定物距和像距的调节方向。 （六）板书设计 5.3 凸透镜成像的规律 一、关键概念 物距u：物体到光心的距离 像距v：像到光心的距离 焦距f：焦点到光心的距离 二、成像规律 1 u>2f → f<v<2f 倒立、缩小、实像 2 u=2f → v=2f 倒立、等大、实像（分界点） 3 f<u<2f → v>2f 倒立、放大、实像 4 u=f → 不成像（分界点） 5 u<f → 正立、放大、虚像（像物同侧） 三、动态变化 u>f：物近像远像变大 u<f：物近像近像变小 四、生活应用 照相机：u>2f 投影仪：f<u<2f 放大镜：u<f （七）练习巩固 情景材料：某物理兴趣小组用焦距为10cm的凸透镜开展成像实验，实验装置中，光具座的刻度范围为0-100cm，凸透镜固定在50cm刻度线处。小组同学先后将蜡烛放在不同刻度线处，移动光屏寻找清晰的像，记录了多组实验数据。此外，小组还利用该凸透镜模拟了照相机和投影仪的工作原理，观察不同物距下的成像效果。 1 下列关于凸透镜成像规律的说法，正确的是 A 当u>2f时，成正立、缩小的实像 B 当f<u<2f时，成倒立、放大的虚像 C 当u=2f时，成倒立、等大的实像，v=2f D 当u<f时，成倒立、放大的虚像 2 若该兴趣小组将蜡烛放在光具座的20cm刻度线处，此时物距和成像特点为 A 物距为30cm，u>2f，成倒立、缩小的实像 B 物距为30cm，f<u<2f，成倒立、放大的实像 C 物距为20cm，u=2f，成倒立、等大的实像 D 物距为20cm，u<f，成正立、放大的虚像 3 当蜡烛放在光具座的35cm刻度线处时，移动光屏，光屏应在哪个范围才能得到清晰的像 A 50cm-60cm刻度线之间 B 60cm-70cm刻度线之间 C 70cm-100cm刻度线之间 D 无法确定 4 若该小组想模拟照相机的工作原理，应将蜡烛放在哪个位置 A 10cm刻度线处（u=40cm） B 40cm刻度线处（u=10cm） C 60cm刻度线处（u=10cm） D 70cm刻度线处（u=20cm） 5 当蜡烛从光具座的20cm刻度线处逐渐向40cm刻度线处移动时，像的变化情况为 A 像逐渐变小，像距逐渐减小 B 像逐渐变小，像距逐渐增大 C 像逐渐变大，像距逐渐减小 D 像逐渐变大，像距逐渐增大 6 若将蜡烛放在光具座的55cm刻度线处，此时的成像情况为 A 成倒立、缩小的实像 B 成倒立、等大的实像 C 成倒立、放大的实像 D 成正立、放大的虚像 7 某同学在实验中发现，当蜡烛放在某一位置时，无论如何移动光屏，都无法在光屏上得到像，可能的原因是 A 蜡烛在焦点以内（u<f） B 蜡烛在焦点处（u=f） C 三者中心不在同一高度 D 以上三种情况都有可能 8 若该凸透镜的焦距变为15cm，将蜡烛放在光具座的20cm刻度线处（凸透镜仍在50cm刻度线处），此时的成像特点为 A 倒立、缩小的实像 B 倒立、等大的实像 C 倒立、放大的实像 D 正立、放大的虚像 9 某实验小组用焦距为12cm的凸透镜探究成像规律，将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，调整三者中心在同一高度。 （1）当蜡烛放在凸透镜前30cm处时，求物距与焦距的关系，移动光屏，能得到什么特点的像？像距的范围是多少？ （2）若将蜡烛移动到凸透镜前18cm处，此时成像特点与哪种生活设备的原理相同？若想得到更大的实像，应如何调整蜡烛和光屏的位置？ （3）当蜡烛移动到凸透镜前10cm处时，能否在光屏上得到像？为什么？透过凸透镜能看到什么特点的像？ 10 某同学用照相机拍摄校园风景，发现拍摄的像偏小，且不够清晰。 （1）结合凸透镜成像规律，分析像偏小的原因； （2）若想使像变大且清晰，应如何调整照相机的位置和镜头？ （3）若拍摄时遇到光线较暗的环境，为了使像更清晰，应如何操作照相机？ （八）练习答案及解析 1 答案：C 解析：A选项u>2f时成倒立缩小实像，正立错误；B选项f<u<2f时成倒立放大实像，虚像错误；C选项u=2f时成倒立等大实像，v=2f，正确；D选项u<f时成正立放大虚像，倒立错误。 2 答案：A 解析：凸透镜在50cm刻度线，蜡烛在20cm刻度线，物距u=50cm-20cm=30cm，f=10cm，u>2f，成倒立缩小实像，A正确。 3 答案：C 解析：蜡烛在35cm刻度线，物距u=50cm-35cm=15cm，f=10cm，f<u<2f，此时像距v>2f=20cm，凸透镜在50cm刻度线，因此光屏应在50cm+20cm=70cm刻度线以外，即70cm-100cm之间，C正确。 4 答案：A 解析：照相机利用u>2f的成像规律，f=10cm，u>20cm即可。A选项u=40cm>20cm，符合要求；B、C选项u=10cm=f，不成像；D选项u=20cm=2f，成等大实像，不符合照相机成像特点，A正确。 5 答案：D 解析：蜡烛从20cm刻度线向40cm刻度线移动，物距逐渐减小（u>f），根据动态变化规律，u>f时物近像远像变大，因此像逐渐变大，像距逐渐增大，D正确。 6 答案：D 解析：蜡烛在55cm刻度线，物距u=55cm-50cm=5cm<f=10cm，成正立放大虚像，D正确。 7 答案：D 解析：u<f时成虚像，无法用光屏承接；u=f时不成像；三者中心不在同一高度时，像可能成在光屏以外，无法观察到，因此三种情况都有可能，D正确。 8 答案：C 解析：焦距变为15cm，蜡烛在20cm刻度线，物距u=50cm-20cm=30cm，u=2f=30cm？不，f=15cm，2f=30cm，u=30cm=2f？不对，蜡烛在20cm，凸透镜在50cm，u=30cm，f=15cm，u=2f，成倒立等大实像？哦，之前计算错误，重新解析：f=15cm，u=30cm=2f，成倒立等大实像？但选项中有B选项是倒立等大实像。 Wait，原选项C是倒立放大实像，这里可能之前的情景材料中蜡烛位置有误？不，再仔细看：蜡烛在20cm刻度线，凸透镜在50cm，物距u=30cm，f=15cm，u=2f，因此成倒立等大实像，对应选项B？但之前的解析写的是C，这里纠正：正确答案是B？不，wait，题目中说焦距变为15cm，蜡烛在20cm刻度线，物距u=30cm=2f，因此成倒立等大实像，B正确。之前的解析错误，现纠正。 9 答案： （1）物距u=30cm，f=12cm，u>2f（30cm>24cm）；成倒立、缩小的实像；像距范围f<v<2f，即12cm<v<24cm。 （2）物距u=18cm，f=12cm，f<u<2f（12cm<18cm<24cm）；成倒立、放大的实像，与投影仪的原理相同；若想得到更大的实像，应将蜡烛向凸透镜靠近（减小物距），同时将光屏向远离凸透镜的方向移动（增大像距）。 （3）不能在光屏上得到像；理由：物距u=10cm<f=12cm，此时成虚像，虚像不能用光屏承接；透过凸透镜能看到正立、放大的虚像。 解析：（1）先判断物距与焦距的关系，再对应规律得出成像特点和像距范围；（2）根据物距与焦距的关系判断成像特点及对应设备，结合动态变化规律调整物距和像距；（3）明确虚像的成像条件和特点。 10 答案： （1）像偏小的原因：物距过大（u>2f，且物距越大，像越小），导致成的像偏小。 （2）调整方法：减小照相机与风景的距离（减小物距），同时将镜头向前伸（增大像距），直到在底片上得到清晰、放大的像。理由：根据凸透镜成像动态变化规律，u>f时，物近像远像变大。 （3）操作方法：打开照相机的闪光灯（增加进光量），或增大光圈、减慢快门速度，使更多的光线进入照相机，从而使像更清晰。 解析：（1）结合照相机的成像规律（u>2f）和物距与像的大小关系分析；（2）根据动态变化规律调整物距和像距；（3）从进光量的角度解决光线较暗的问题。 学科网（北京）股份有限公司 $