5.3 凸透镜成像的规律 教学设计 2026-2027学年物理人教版八年级上册

该初中物理教学设计聚焦凸透镜成像规律，通过展示照相机、投影仪、放大镜的成像差异，联系已学透镜应用，以“同样是凸透镜为何成像不同”设问，搭建从现象到规律探究的学习支架。 该资料以实验探究为核心，通过完整科学探究过程培养科学探究能力，用“三心同高”等关键操作指导实验，口诀“一焦分虚实，二焦分大小”助力物理观念建构，例题结合生活应用提升科学思维，帮助学生掌握规律，为教师提供清晰教学路径。

凸透镜成像的规律 第五章 透镜及其应用 第3节 凸透镜成像的规律 课题 凸透镜成像的规律 课型 新授课 课时 1课时（45分钟） 教材版本 人教版八年级上册 授课对象 八年级学生 授课时间 年 月 日 教学方法 实验探究法、讲授法、讨论法、合作学习法 教学用具 光具座、凸透镜（f=10cm）、蜡烛（或发光二极管F）、光屏、火柴、刻度尺 一、核心素养目标 1. 物理观念 理解凸透镜成像的规律，掌握物距变化与像的虚实、大小、正倒之间的对应关系。 知道凸透镜成像的五种情况：u>2f、u=2f、f<u<2f、u=f、u<f各自对应的像的特征。 熟记口诀"一焦分虚实，二焦分大小；虚像同侧正，实像异侧倒"并能灵活应用。 了解凸透镜成像规律在照相机、投影仪、放大镜等实际生活中的应用。 2. 科学思维 经历完整的科学探究过程（提出问题→设计实验→进行实验→分析论证→得出结论），培养科学探究的思维能力。 通过分析实验数据归纳凸透镜成像规律，培养数据分析与归纳推理能力。 运用光路图理解凸透镜成像的物理本质，建立模型与实物之间的联系。 3. 科学探究 经历设计实验方案、组装器材、调节光具座、测量物距和像距的完整探究过程。 在实验中观察并记录不同物距下像的虚实、大小、正倒变化，培养细致观察和准确记录的习惯。 通过交流评估环节分析实验误差来源（烛焰不稳定、透镜被遮挡等），提升实验反思能力。 4. 科学态度与责任 在凸透镜成像探究实验中培养严谨求实的科学态度和团队合作精神。 体会从实验数据中发现物理规律的乐趣，感悟物理学是一门以实验为基础的科学。 认识到凸透镜成像规律是照相机、投影仪等现代光学仪器的理论基础，感受物理与科技的关系。 二、教学重点与难点 教学重点：1. 凸透镜成像的五种情况及其规律：u>2f（倒立缩小实像）、u=2f（倒立等大实像）、f<u<2f（倒立放大实像）、u=f（不成像）、u<f（正立放大虚像）。 2. 口诀"一焦分虚实，二焦分大小；虚像同侧正，实像异侧倒"的理解和应用。 3. 凸透镜成实像时的动态规律：物距减小→像距增大→像变大（物近像远像变大）。 教学难点：1. 凸透镜成像五种情况中物距、像距、像的特征三者的综合对应关系，特别是f<u<2f与u>2f的区分。 2. 理解u=f时不能成像的原因（折射光线平行射出，不能会聚也不能反向延长会聚）。 3. 运用凸透镜成像规律分析和解决实际问题（如照相机、投影仪的调节）。 三、教学过程 环节一：情境导入（3-5分钟） 【教师活动】通过前面的学习，我们已经看到了形形色色的凸透镜成像情况——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。同样是凸透镜，为什么可以成不同性质的像？像的虚实、大小、正倒与什么因素有关？今天我们就通过实验来探究凸透镜成像的规律，揭开这个奥秘。 【学生活动】学生观察PPT中三种不同的成像情况（照相机、投影仪、放大镜），思考：同样是凸透镜，为什么可以成不同的像？带着疑问准备进入实验探究。 【过渡语】猜想是科学探究的第一步。像的性质可能与物距有关，我们需要用实验来验证！下面我们就用光具座来定量探究凸透镜成像的规律。 同样是凸透镜，为什么可以成不同性质的像？ 环节二：新知探究（15-20分钟） 知识点一：凸透镜成像规律的实验探究 【教师活动】猜想：像的虚实、大小、正倒与物体离凸透镜的距离（物距）有关。物体离照相机镜头较远→倒立缩小的实像；物体离投影仪镜头较近→倒立放大的实像；物体离放大镜很近→正立放大的虚像。那么，物距究竟在什么范围内成什么样的像？我们通过实验来验证。 【讲授】【实验思路】把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，将每次观察到的物距以及像的虚实、大小、正倒等情况都记录在表格中，比较实验数据，寻找规律。 【讲授】【实验器材】光具座、蜡烛（或发光二极管F）、凸透镜（焦距f=10cm）、白色的硬纸板作为光屏、刻度尺。 【教师活动】【实验过程】（演示并指导学生分组操作） 【讲授】步骤1：组装器材——从左到右依次是蜡烛、凸透镜、光屏。步骤2：调整烛焰、凸透镜、光屏的中心在同一高度（目的：使像成在光屏中央）。 【学生活动】学生分组组装光具座，调整蜡烛、凸透镜、光屏三者中心在同一高度。 【讲授】步骤3：把蜡烛放在较远处（u>2f），移动光屏直到呈现清晰的像，观察像的大小和正倒，测量并记录物距u和像距v。步骤4：将蜡烛移近（逐渐减小物距），重复以上操作。步骤5：当在光屏上看不到像时（u≤f），撤去光屏，从光屏一侧向凸透镜方向观察，记录像的情况和此时的物距。 【学生活动】学生分组进行实验，分别测量u>2f、u=2f、f<u<2f、u=f、u<f五种情况下的物距和像距，记录像的虚实、大小、正倒，将数据填入实验记录表格。 【重点辨析】【重点辨析】实验操作关键：（1）一定要调整三心在同一高度，否则像可能偏上或偏下找不到；（2）光屏上找不到像时，不一定是u≤f，也可能是光屏位置不对——先移动光屏范围找；（3）u=f时折射光线平行射出，既不会聚成实像也不能反向延长成虚像。 【讲授】【实验结论】凸透镜成像规律（f=10cm）： 【讲授】① u>2f：成倒立、缩小的实像，像距f<v<2f，应用：照相机。 【讲授】② u=2f：成倒立、等大的实像，像距v=2f。 【讲授】③ f<u<2f：成倒立、放大的实像，像距v>2f，应用：投影仪。 【讲授】④ u=f：不成像（折射光线平行射出，不能会聚）。 【讲授】⑤ u<f：成正立、放大的虚像，应用：放大镜。 【讲授】巧记口诀：一焦分虚实（焦点是实像和虚像的分界点），二焦分大小（2倍焦距是放大和缩小实像的分界点）；虚像同侧正（虚像与物在透镜同侧、正立），实像异侧倒（实像与物在透镜异侧、倒立）。 【讲授】凸透镜成实像时的动态规律：物距减小→像距增大→像变大（物近像远像变大）。当u>2f时移动物体，像的变化更明显。 【讲授】【交流评估】（1）如何测量焦距？——利用实验装置调整光源、凸透镜和光屏的位置，当光屏上出现最小最亮的光斑时，光斑到透镜的距离即为焦距。（2）当凸透镜成实像时，用手遮挡透镜的一部分，成像如何？——仍能成完整的像，但像变暗了。（3）为什么实验选择发光二极管F而不选择点燃的蜡烛？——烛焰形状不稳定、燃烧变短使像偏离光屏中央、亮度较小、无法判断像是否左右颠倒。 实验思路：探究凸透镜成像与物距的关系 实验器材：光具座、凸透镜、蜡烛、光屏 实验装置组装：烛焰、凸透镜、光屏三心同高 交流评估(1)：测量焦距的方法——找最小最亮的光斑 ⭐ 实验结论核心：牢记五种成像情况：u>2f（缩小实像/照相机）→ u=2f（等大实像）→ f<u<2f（放大实像/投影仪）→ u=f（不成像）→ u<f（放大虚像/放大镜）。口诀：一焦分虚实，二焦分大小；虚像同侧正，实像异侧倒；成实像时物近像远像变大。 【过渡语】我们通过实验得到了凸透镜成像的完整规律，但物理学习的最终目的是应用。下面我们来看这些规律在照相机、投影仪、放大镜中分别是如何体现的。 知识点二：凸透镜成像规律的应用 【讲授】1. 照相机的原理与调节（u>2f）：物距u>2f时，成倒立、缩小的实像，像距f<v<2f。这是照相机的成像原理。 【讲授】照相机的调节：调节依据——凸透镜成倒立缩小实像时，物近像远像变大。调节方法——像偏小时，物体靠近相机，暗箱拉长（增大像距）；像偏大时，物体远离相机，暗箱缩短（减小像距）。物距不变时，改变焦距也可以改变像的大小（变焦镜头）。 【讲授】2. 投影仪的原理与调节（f<u<2f）：当f<u<2f时，成倒立、放大的实像，像距v>2f。这是投影仪的成像原理。 【讲授】投影仪的调节：调节依据——凸透镜成倒立放大实像时，物近像远像变大。调节方法——像偏小时，投影片靠近镜头（减小物距），投影仪远离屏幕（增大像距）；像偏大时，投影片远离镜头（增大物距），投影仪靠近屏幕（减小像距）。 【讲授】3. 放大镜的原理与调节（u<f）：当u<f时，凸透镜成正立、放大的虚像，虚像与物体在同侧。当凸透镜远离物体时（物距增大但仍小于f），可以使虚像变大。 【讲授】放大镜的调节：调节依据——凸透镜成虚像时，物近像近像变小，物远像远像变大（但物距不能超过f）。调节方法——像偏小时，将物体远离镜头（增大物距但u<f），调节眼睛位置；像偏大时，将物体靠近镜头（减小物距）。 凸透镜成像光路：u>2f时成倒立缩小实像 应用(1)：照相机原理——u>2f成倒立缩小实像 照相机的调节：物近像远像变大 应用(2)：投影仪原理——f<u<2f成倒立放大实像 投影仪的调节：物近像远像变大 应用(3)：放大镜原理——u<f成正立放大虚像 放大镜的调节：物远像远像变大（u<f） ⚠️ 易错提示：1. 照相机调焦不是改变焦距，而是改变像距！普通相机"调焦"实际上是调节镜头到胶片的距离（像距）。2. 投影仪成的是倒立实像，屏幕看到正立是因为投影片倒放。3. 放大镜中物体远离（u增大但<f）像变大，与实像规律"物近像远像变大"方向相反——实像物距与像大小反向，虚像物距与像大小同向变化。4. u=f时不成像——折射光线平行射出，既不在光屏上会聚，反向延长线也不相交。 环节三：例题精讲（10-15分钟） 例题1：在探究凸透镜成像规律的实验中，将蜡烛放在距凸透镜30cm处，在光屏上得到一个倒立、缩小的实像。若将蜡烛移到距凸透镜15cm处，则（ ） A. 一定成倒立、放大的实像 B. 一定成正立、放大的虚像 C. 可能成倒立、等大的实像 D. 一定不成像 【思路分析】u=30cm时成倒立缩小实像，说明u>2f，即30cm>2f，所以f<15cm。当u=15cm时，因为f<15cm<2f（15cm在f和2f之间），所以成倒立、放大的实像。注意：需要先根据"缩小实像"推出u>2f从而得到f的范围，再判断新物距下的成像。 答案：A 【变式训练】上题中若将蜡烛移到距凸透镜10cm处，像的性质是什么？ 解析：由30cm>2f得f<15cm。u=10cm时：若f>10cm则u<f成正立放大虚像；若f=10cm则u=f不成像；若f<10cm则f<u<2f成倒立放大实像。因为只知道f<15cm，不能确定f与10cm的关系，所以三种情况都可能。答案：可能成正立放大虚像，也可能不成像，还可能成倒立放大实像。 例题2：某同学做"探究凸透镜成像规律"实验时，当光屏、透镜及烛焰的位置如图所示时（图中标出物距u=24cm，像距v=24cm），恰能在光屏上得到一个清晰的像。由此判断，他所用凸透镜的焦距（ ） A. 一定大于24cm B. 一定小于12cm C. 一定等于12cm D. 一定在12cm到24cm之间 例题2配图：u=v=24cm时物距等于像距 【思路分析】当光屏上得到清晰的像且u=v=24cm时，根据凸透镜成像规律，只有当u=2f且v=2f时物距才等于像距。由u=v=24cm得2f=24cm，f=12cm。故选C。 答案：C 【变式训练】如果光屏上成倒立放大的实像，测得物距为15cm，则凸透镜的焦距f满足什么条件？ 解析：成倒立放大实像→f<u<2f，即f<15cm<2f，解得7.5cm<f<15cm。 环节四：课堂练习（5-10分钟） A组·基础巩固 练习1：在探究凸透镜成像规律的实验中，当蜡烛、凸透镜、光屏处于一定位置时，烛焰在光屏上呈现一个清晰缩小的像。要使烛焰在光屏上呈现一个清晰放大的像，调节的方法是（ ） A. 透镜不动，蜡烛远离透镜，光屏远离透镜 B. 透镜不动，蜡烛靠近透镜，光屏靠近透镜 C. 蜡烛、光屏不动，透镜靠近蜡烛移动 D. 蜡烛、光屏不动，透镜靠近光屏移动 练习1：凸透镜成像调节实验示意图 练习2：如图是某校门禁的刷脸机，师生通过"刷脸"进出校园。下列说法正确的是（ ） A. "刷脸机"的摄像头是凹透镜 B. 人在"摄像头"里所成的像是虚像 C. "刷脸"的同学要位于摄像头2倍焦距以外 D. 要使屏幕上自己的像变小，需靠近"刷脸机"的摄像头 练习2：刷脸机的摄像头原理 B组·能力提高 练习3：如图所示的是小明通过凸透镜看花朵成放大的像的情境，下列说法正确的是（ ） A. 花朵的放大的像是正立的实像 B. 花朵正好位于凸透镜的焦点上 C. 花朵到凸透镜的距离一定小于凸透镜的焦距 D. 若凸透镜远离花朵，则花朵的像会一直变小 练习3：凸透镜看花朵成放大像 练习4：将物体放在凸透镜前16cm处，在透镜另一侧的光屏上成一个倒立放大的像，则该凸透镜的焦距可能是（ ） A. 8cm B. 10cm C. 16cm D. 20cm 环节五：课堂小结（2-3分钟） 【教师引导】今天我们通过实验探究了凸透镜成像的完整规律。请同学们记住核心口诀：一焦分虚实，二焦分大小；虚像同侧正，实像异侧倒。还要记住成实像时的动态规律：物近像远像变大。 【课堂互动】师生共同完成凸透镜成像规律归纳表的填空，回顾五种物距情况对应的像的性质和应用。 四、板书设计 第3节 凸透镜成像的规律 一、实验探究凸透镜成像规律 实验方法：光具座+蜡烛+凸透镜(f=10cm)+光屏 关键操作：三心同高，逐渐移近物体，记录u/v/像的性质 二、凸透镜成像规律（★核心★） u>2f → 倒立、缩小、实像，f<v<2f → 照相机 u=2f → 倒立、等大、实像，v=2f f<u<2f → 倒立、放大、实像，v>2f → 投影仪 u=f → 不成像（折射光平行射出） u<f → 正立、放大、虚像 → 放大镜 三、记忆口诀 一焦分虚实，二焦分大小（内大外小） 虚像同侧正，实像异侧倒 成实像时：物近像远像变大 五、教学反思 1. 学生对凸透镜成像五种情况的记忆是否牢固？口诀的效果如何？ 2. 实验操作中，学生是否普遍能成功找到清晰像？哪些学生遇到了困难？ 3. 学生对"u=f时不成像"是否真正理解（折射光平行射出）？ 4. 焦点的两个分界作用（虚实分界、放大缩小分界）是否通过实验数据自然得出？ 5. 学生对实像时的动态规律"物近像远像变大"与虚像时"物远像远像变大"的区分是否清晰？ 6. 课后练习的正确率如何？学生能否灵活运用凸透镜成像规律解决照相机、投影仪等实际问题？ 学科网（北京）股份有限公司 $