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

该初中物理教学设计聚焦凸透镜成像规律这一核心知识点，通过回顾前两节照相机、投影仪、放大镜的成像特点，引出“物距如何影响成像性质”的问题，搭建从已知应用到未知规律的学习支架。 以分组实验探究为特色，通过完整科学探究过程培养科学探究能力，用“一焦分虚实、二焦分大小”口诀结合光路图深化科学思维，规范“中心同高”操作和数据归纳训练提升物理观念，助学生理解规律，为教师提供可操作的实验教学方案。

5.3 凸透镜成像的规律 人教版 八年级物理上册 第五章 第3节 课题 课型 课时 教材版本 5.3 凸透镜成像的规律 实验探究课 2课时（90分钟） 第1课时：实验探究 第2课时：光路分析与应用 人教版 八年级上册 教材分析：本节是第五章最核心、最难的一节。在前两节学完透镜分类与三种应用的基础上，通过分组实验探究凸透镜成像的规律，得出"u>2f倒立缩小实像""f<u<2f倒立放大实像""u<f正立放大虚像"等五条规律，并用口诀"一焦分虚实、二焦分大小"归纳。本节学生的实验操作能力、数据归纳能力都面临挑战，实验步骤的规范性（中心同高、物距顺序、光屏上找最清晰的像）直接决定实验结论的正确性。两课时设计：第一课时完成实验探究和数据记录，第二课时光路分析和应用练习。 学情分析：学生已掌握凸透镜的基本知识（焦点焦距、三条特殊光线）和三种应用（照相机投影仪放大镜）的成像特点，但对于"物距变化如何系统性地影响像的性质"还没形成规律性认识。学生可能会混淆两个特殊点（一倍焦距分虚实、二倍焦距分大小），"物近像远像变大"（实像区）和"物远像远像变大"（虚像区）这两个相反的趋势需要刻意对比。图表分析和结论归纳是本节思维训练的难点——多数学生能完成实验但不会"从数据表中看出规律"。 教学方法 分组实验探究法、光路分析法、口诀归纳法 教学用具 光具座、凸透镜（f=10cm）、发光二极管（F光源）、光屏、凸透镜成像挂图 核心素养目标 物理观念 理解凸透镜成像的规律，知道凸透镜所成像的正倒、大小、虚实与物距的关系。 科学思维 1. 通过分析实验数据，归纳凸透镜成像的规律；2. 能用光路图解释凸透镜在不同物距下的成像情况；3. 能运用"一焦分虚实、二焦分大小""物近像远像变大"等口诀分析和解决实际问题。 科学探究 1. 通过分组实验探究凸透镜成像的规律，经历"提出问题→猜想假设→设计实验→收集数据→分析论证"的完整科学探究过程；2. 规范操作光具座，准确测量物距u和像距v，记录清晰的实验数据。 科学态度与责任 1. 在分组实验中培养合作精神和严谨求实的科学态度；2. 感受物理规律之美——复杂的成像变化背后是"一焦二焦"两个关键点决定的简洁规律。 教学重难点 教学重点：凸透镜成像的规律（五条成像情况及其应用）。 教学难点：从实验数据中归纳出成像规律；理解实像区"物近像远像变大"与虚像区"物远像远像变大"的区别；用光路图解释凸透镜成像。 教学过程（第1课时：实验探究） （第2课时内容见教案后半部分） 第1课时 环节一：回顾引入与提出问题（5分钟） 【教师活动】回顾5.2三种应用：照相机——倒立缩小实像（物距>像距），投影仪——倒立放大实像（物距<像距），放大镜——正立放大虚像（物像同侧）。它们的成像各不相同，但都用到了同一个核心元件——凸透镜。 【教师活动】展示凸透镜成像示意图（多种物距下的像），引导提问：同一个凸透镜，为什么靠得近就放大、离得远就缩小？像的虚实、大小、正倒到底跟物距有什么关系？物距有没有"分界线"？ 【学生活动】根据已有的知识猜想：像的虚实、大小、正倒与物距有关；物距可能与焦距有关——是否有某个特殊的物距决定了像的虚实？ 【设计意图】用上节课三种应用的结论作为"已知条件"，自然引出"同一个凸透镜为什么成像不同"这一核心问题。这是从"知其然"到"知其所以然"的转折点。 第1课时 环节二：实验设计与装置组装（8分钟） 【教师活动】引导设计实验思路：①把物体放在距凸透镜较远处，逐渐向透镜靠近；②每次记录物距u、像距v和像的性质（虚实、大小、正倒）；③比较数据，寻找规律。实验器材：光具座、凸透镜（f=10cm）、发光二极管F光源、光屏。 实验思路——由远及近，逐次记录 【教师活动】强调装置调节的关键操作：调节发光物中心、凸透镜中心、光屏中心使三者处于同一水平高度。提问：为什么要调中心同高？——目的是使发光物的像成在光屏中央，否则可能偏上偏下甚至落在光屏外面。 【学生活动】分组组装实验装置：固定凸透镜在光具座中间位置（如50cm刻度处），调节发光二极管（F光源）、光屏的高度使三者中心同高。 【知识点】实验关键操作——三点共线（中心同高）：发光物中心、凸透镜中心、光屏中心在同一水平线上，保证像成在光屏中央。 第1课时 环节三：分组实验与数据记录（22分钟） 【教师活动】分组实验，按以下步骤操作（凸透镜焦距f=10cm，即二倍焦距2f=20cm）： 实验步骤：步骤①：使u>2f（物距大于20cm）。将F光源放在远处，移动光屏直到出现最清晰的像。观察像的大小（缩小）和正倒（倒立），记录物距u和像距v。改变物距再做2次（共3组u>2f的数据）。 步骤②：使f<u<2f（物距在10cm到20cm之间）。移近光源，移动光屏找清晰像。观察像的大小（放大）和正倒（倒立），记录u和v。再做2次。 步骤③：使u<f（物距小于10cm）。继续移近光源，光屏上找不到像——此时从光屏一侧透过透镜看F光源。观察到正立放大的虚像。记录u和v≈？（虚像时像距是负的或标"虚像"）。 步骤④（可选探索）：u=f（物距=10cm）和u=2f时会发生什么？ 【学生活动】分组实验，填写数据记录表。每组完成u>2f（3组）、f<u<2f（3组）、u<f（1-2组）、u=2f（1组）、u=f（1组）共约8-10组数据。重点记录：物距u、像距v、像的虚实、像的大小（比原物大还是小）、像的正倒。 【教师活动】巡视各组实验，关注三个典型问题：①中心没调好导致像不在光屏中央；②没有在光屏上找到"最清晰的像"就匆匆记录；③u<f时不知道从哪一侧观察。 【过渡语】各组数据都记录好了吗？拿出各组的数据，我们一起来找规律——看看物距跟焦距到底有什么关系决定了像的性质。 第1课时 环节四：数据分析与规律归纳（10分钟） 【教师活动】汇总各组数据到黑板的总表上。引导分析：①什么时候成实像？什么时候成虚像？分界线在哪里？②什么时候成缩小的像？什么时候成放大的像？分界线在哪里？③实像的正倒有什么规律？虚像呢？④像距v和物距u之间有什么大小关系？ 【学生活动】观察数据表，归纳出以下规律： ①u>2f时——倒立、缩小的实像（f<v<2f）。 ②u=2f时——倒立、等大的实像（v=2f）。 ③f<u<2f时——倒立、放大的实像（v>2f）。 ④u=f时——不成像（折射光线平行射出）。 ⑤u<f时——正立、放大的虚像（物像同侧）。 【教师活动】归纳口诀："一焦分虚实，内虚外实；二焦分大小，内大外小；虚像同侧正，实像异侧倒。"讲解：一倍焦距是实像和虚像的分界线（物在焦距外→实像/焦距内→虚像）；二倍焦距是大像和小像的分界线（物在二倍焦距外→缩小/二倍焦距内→放大）。虚像跟物同侧（透镜里侧）、正立；实像跟物异侧（透镜外侧）、倒立。 【知识点】核心口诀（逐字解释）——"一焦分虚实，内虚外实"：一倍焦距（f）是实像和虚像的分水岭。物在f以内→虚像；物在f以外→实像。"二焦分大小，内大外小"：二倍焦距（2f）是放大和缩小的分水岭。物在2f以内→放大；物在2f以外→缩小。"虚像同侧正"：虚像与物同侧、正立。"实像异侧倒"：实像与物异侧、倒立。 教学过程（第2课时：光路分析与应用） 第2课时 环节一：上节课回顾与数据整理（3分钟） 【教师活动】回顾实验结论和口诀。将五条规律整理成规范的表格形式。强调：口诀是记忆工具，真正的理解要通过光路图来验证。 【学生活动】完成凸透镜成像规律总表（五条）×（物距、像距、像的虚实/大小/正倒、应用）六列，对应填写。 第2课时 环节二：五条成像情况的光路分析（20分钟） 【教师活动】情况一：u>2f（f<v<2f）——倒立缩小的实像。画光路图：两条特殊光线（平行→过焦点，过光心→不变）的交点即为实像位置。像在f和2f之间。u>v。应用：照相机。 u>2f光路分析——像在f和2f之间 【教师活动】针对u>2f的追问——成实像时，如何使像变大？分析：物体靠近透镜（物距减小）→像距增大→像变大。口诀——"物近像远像变大"。（适用于实像区域。）播放照相机调焦"近景物拉长镜头"示意图。 【学生活动】推导：照相机想让胶片上的像变大→物体靠近镜头（减小u）+镜头向外拉（增大v）。投影仪让屏幕上的像变大→投影片靠近镜头+屏幕远离镜头。 【教师活动】情况二：u=2f（v=2f）——倒立等大的实像。光路分析：两条光线的交点恰好在2f处。像距=物距=2f。应用：利用这个特点可以测凸透镜的焦距——找到物体与光屏之间距离正好为4f且成等大像的位置。 u=2f：倒立、等大的实像——可测焦距 【教师活动】情况三：f<u<2f（v>2f）——倒立放大的实像。光路分析：像在2f之外。u<v。应用：投影仪。 f<u<2f：倒立、放大的实像——投影仪原理 f<u<2f光路分析——像在2f之外 【教师活动】情况四：u=f——不成像。光路分析：两条特殊光线折射后平行射出，既不会聚也不发散，无法成像。应用：产生平行光（将光源放在焦点处→出射平行光）。 【教师活动】情况五：u<f——正立放大的虚像。光路分析：折射后的光线发散（不会聚），但反向延长线交于透镜同侧一点——这是虚像的位置。虚像不能用光屏接收。应用：放大镜。 u<f：正立、放大的虚像——放大镜原理 【教师活动】关于虚像区的追问：怎样通过放大镜看到更大的像？——成虚像时（u<f区），规律与实像相反：物距增大（物体远离透镜，但仍在f内）→像距增大→像变大。口诀——"物远像远像变大"。（虚像区，跟实像区相反！） 【学生活动】对比记忆：实像区——物近像远像变大。虚像区——物远像远像变大。关键区别：实像区的"像变大"靠物距减小（靠近透镜）；虚像区的"像变大"靠物距增大（远离透镜但仍在f以内）。 【知识点】成像规律五个情况完整版——（1）u>2f：倒立缩小实像 f<v<2f 应用照相机；（2）u=2f：倒立等大实像 v=2f 应用测焦距；（3）f<u<2f：倒立放大实像 v>2f 应用投影仪；（4）u=f：不成像 应用产生平行光；（5）u<f：正立放大虚像 |v|>u 应用放大镜。 实像区与虚像区的像距变化规律对比：实像区（u>f）：物近像远像变大，物远像近像变小。虚像区（u<f）：物远像远像变大，物近像近像变小。口诀相反，极易混淆——记住"实像物近像变大，虚像物远像变大"。 第2课时 环节三：凸透镜成像规律总表（3分钟） 【教师活动】师生共同完成总结表格： 物距u 像距v 像的虚实 像的大小 像的正倒 应用 u>2f f<v<2f 实像 缩小 倒立 照相机 u=2f v=2f 实像 等大 倒立 测焦距 f<u<2f v>2f 实像 放大 倒立 投影仪 u=f — — — — 产生平行光 u<f |v|>u 虚像 放大 正立 放大镜 【设计意图】注意——u=2f时成等大实像，u=f时不成像。这两个特殊位置经常出题——"物体在二倍焦距处，像的性质是什么？"——等大倒立实像。 第2课时 环节四：课堂练习与总结（10分钟） 【教师活动】练1 在"探究凸透镜成像的规律"实验中，凸透镜的焦距为10cm，要在凸透镜另一侧的光屏上得到一个倒立、缩小的实像。该物体离凸透镜的距离（　　） A. 大于20cm B. 小于10cm C. 等于20cm D. 大于10cm，小于20cm 【学生活动】选A。解析：倒立缩小实像→u>2f→f=10cm，2f=20cm→u>20cm。B（u<f）成正立放大虚像；C（u=2f）成倒立等大实像；D（f<u<2f）成倒立放大实像。 【教师活动】练2 如图所示，小红同学在探究凸透镜成像的规律实验中，将焦距f=15cm的凸透镜固定在光具座上50cm刻度线处后，应将光屏向____（选填"左"或"右"）移动，才能在光屏上观察到烛焰清晰的____（选填"正立"或"倒立"）的像。 练2图：光具座实验——判断光屏移动方向 【学生活动】答案：右，倒立。解析：蜡烛放在光具座左端→物距大于2f（50cm处放透镜，蜡烛在更左）→成倒立缩小的实像→像在透镜右侧的f和2f之间→光屏应向右移动到合适位置。光屏能的到的是实像→倒立。 【教师活动】练3 如图所示，早期照相馆里摄影师取景时看到的像是倒立的，有几位同学对此现象展开了讨论，下述观点正确的是（　　） A. 现在的相机利用光学或电子技术，把倒立的像转变成正立的，便于观察 B. 将照相机靠近两位照相的人，可以看到两位照相人的全身像 C. 要使人像更亮，必须在两位照相的人身后进行"补光" D. 调整相机和两位照相人之间的距离，人像变小时，应增大相机镜头和胶片之间的距离 练3：早期照相馆——摄影师看到的倒立像 【学生活动】选A。解析：A正确——现在的数码相机和手机通过图像处理算法将倒立实像翻转为正立在屏幕显示。B错——相机靠近，像变大，反而可能只有半身像；想要全身像应远离。C错——应为被拍人前侧方补光（正面方向打光），身后补光会形成逆光导致脸部变黑。D错——人像变小时应减小像距（镜头往里缩），不是增大。 板书设计 5.3 凸透镜成像的规律 一、实验探究 提出问题→猜想假设→设计实验（中心同高） →分组实验→数据记录→分析归纳 二、核心口诀 一焦分虚实，内虚外实 二焦分大小，内大外小 虚像同侧正，实像异侧倒 三、五条成像规律 ①u>2f：倒立缩小实像 f<v<2f 照相机 ②u=2f：倒立等大实像 v=2f 测焦距 ③f<u<2f：倒立放大实像 v>2f 投影仪 ④u=f：不成像 产生平行光 ⑤u<f：正立放大虚像 |v|>u 放大镜 四、动态规律 实像区（u>f）：物近像远像变大，物远像近像变小 虚像区（u<f）：物远像远像变大，物近像近像变小 记忆：实像物近像变大，虚像物远像变大 五、三个特殊点 f（一倍焦距）→虚实分界点 2f（二倍焦距）→大小分界点 f→不成像（平行光） 人教版 八年级上册 第五章 第3节 教学反思 □ 分组实验中，学生是否能独立完成"中心同高"的调节？是否出现了像偏出光屏而学生茫然的情况？ □ u=f处不成像——学生亲眼看到了吗？（光屏上既没有实像，透镜里也看不到虚像——折射光平行了）这个现象是"不成像"的最好证据。 □ "一焦分虚实、二焦分大小"的口诀，学生是机械背诵还是理解了两条分界线的含义？可以用随机提问检验——"u=15cm，f=10cm，像的性质是什么？" □ 实像区"物近像远像变大"vs虚像区"物远像远像变大"——这两个相反的规律，学生能区分吗？建议用两个具体情境来测试：照相机靠近景物像如何变？放大镜远离（仍在f内）物体像如何变？ □ 数据归纳环节是否给了学生足够的思考时间？还是教师急于一问一答式地"引"出答案？科学的规律应该让学生自己从数据中"发现"而不是"被告知"。 □ u=2f成等大像——这个知识点虽然不直接对应某个常见应用，但常出现在选择题中，学生是否记住了"等大倒立实像，可测焦距"这个结论？ □ 实验数据记录中，有没有组出现了"u=2f时v≠2f"之类与理论不符的数据？怎么处理的——是解释实验误差还是找操作错误？这恰恰是培养"求真"精神的时机。 学科网（北京）股份有限公司 $