4.2 探究：凸透镜成像的规律 教学设计 2026-2027学年物理沪科版（2024）八年级全一册

该初中物理教学设计聚焦“探究凸透镜成像的规律”核心知识点，以“太空授课”水透镜成像案例导入，结合学生生活经验引出问题，搭建从现象观察到规律探究的学习支架。 此资料以分组实验为核心，引导学生完整经历“组装器材—分步实验—记录数据—归纳规律”流程，培养科学探究能力，通过自制照相机实践落实物理观念与科学态度，帮助学生理解成像规律并提升应用能力，为教师提供清晰教学路径与反思改进方向。

4.2 探究：凸透镜成像的规律 一、教学目标 1. 物理观念 完成凸透镜成像规律的探究实验；理解不同物距下凸透镜的成像特点；掌握物距、像距与焦距的对应关系；能用凸透镜成像规律解释照相机、放大镜等生活应用的原理。 2. 科学思维 通过实验数据归纳凸透镜成像的普遍规律，提升实验归纳与逻辑推理能力；能结合成像规律分析物距变化时像的动态变化，提升动态分析与知识迁移应用能力。 3. 科学探究 完整经历 “组装器材 — 分步实验 — 记录数据 — 归纳规律” 的完整探究流程；掌握实验中 “三心同高” 的操作要点，学会调整光屏寻找清晰实像的方法；理解多次实验得出普遍规律的探究思想。 4. 科学态度与责任 感受凸透镜在航天、生活中的广泛应用，体会物理知识的科技价值；在实验中养成严谨细致、实事求是的探究习惯；通过自制照相机实践，提升学以致用的意识与动手能力。 二、教学重难点 （一）教学重点 凸透镜成像的实验探究过程与操作要点； 凸透镜成像的核心规律（五种物距下的像的性质）； 凸透镜成像规律在生活中的应用。 （二）教学难点 理解物距变化时像的大小、像距的动态变化规律； 准确区分实像与虚像的特点与观察方式； 灵活运用成像规律分析复杂的生活场景。 三、教学过程 （一）导入新课（5分钟） 教师展示 “太空授课” 中水透镜成像的图片，讲解：在中国航天的太空授课中，航天员在空间站内制作了水透镜，透过水透镜能看到航天员倒立缩小的像。 教师提出问题：我们已经学习了平面镜成像的特点，那么凸透镜成像有怎样的规律？它是否一定成倒立缩小的像？ 学生结合生活经验自由发言，分享自己见过的凸透镜成像现象。教师点评过渡：凸透镜的成像情况比平面镜更丰富，今天我们就通过系统实验，探究凸透镜成像的规律。顺势引出本节课课题 《4.2 探究：凸透镜成像的规律》，同步出示课件三条学习目标，明确本节课学习任务。 （二）新课讲授（30分钟） 实验：探究凸透镜成像的规律 1. 实验器材与基本概念 教师逐一介绍实验器材：凸透镜、蜡烛、光屏、火柴、光具座。 讲解两个核心概念： 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。 2. 实验设计 教师讲解实验思路：在光具座上，将点燃的蜡烛从较远的位置（大于二倍焦距处）逐渐靠近凸透镜，不断调整光屏位置，使烛焰的光经凸透镜折射后在光屏上形成清晰的像；当光屏上不能成像时，透过凸透镜直接观察烛焰的像，通过分步观察分析得出凸透镜成像的完整规律。 3. 实验步骤 教师分步讲解操作规范，同步演示关键步骤： ① 调整器材高度：调整凸透镜、烛焰中心、光屏的高度，使三者的中心大致在同一高度。 教师强调：这样做的目的是使烛焰的像成在光屏的中央，便于观察。 ② u>2f 区间实验：将凸透镜固定在光具座上，把蜡烛放在较远处，使物距大于二倍焦距。移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录像的大小、正倒，同时测出此时的物距和像距。 ③ u=2f 位置实验：把蜡烛向透镜移近，使物距等于二倍焦距。移动光屏直到出现明亮清晰的像，观察像的正倒、大小，测出物距和像距并记录。 ④ f<u<2f 区间实验：继续向透镜移动蜡烛，使物距在一倍焦距和二倍焦距之间。移动光屏找到清晰的像，观察像的性质，测量并记录物距、像距。 ⑤ u=f 位置实验：继续移近蜡烛，使物距等于一倍焦距。移动光屏，观察光屏上是否能成像；再透过透镜观察，判断是否能看到虚像。 ⑥ u<f 区间实验：继续向透镜移动蜡烛，使物距在一倍焦距以内。移动光屏，观察光屏上是否成像；再透过凸透镜观察，记录像的正倒、大小，测出此时的物距。 组织学生分组开展实验，教师全场巡视指导：提醒学生缓慢移动光屏寻找最清晰的像；纠正器材高度不匹配、读数不准确等问题；引导学生规范填写实验数据表格。 实验序号 像的大小 像的正倒 像的虚实 物距u（cm） 像距v（cm） 1 2 3 4 5 6 4. 实验结论 各组汇报实验数据后，师生共同总结凸透镜成像的规律，结合光路图逐一讲解五种情况： ① 当物体位于凸透镜 2 倍焦距外（u>2f）时，成缩小、倒立的实像，像距在一倍焦距和二倍焦距之间（f<v<2f），物与像在透镜异侧。 ② 当物体位于凸透镜 2 倍焦距处（u=2f）时，成等大、倒立的实像，像距也等于二倍焦距（v=2f），物与像在透镜异侧。 ③ 当物体位于凸透镜 1 倍焦距与 2 倍焦距之间（f<u<2f）时，成放大、倒立的实像，像距大于二倍焦距（v>2f），物与像在透镜异侧。 ④ 当物体位于凸透镜 1 倍焦距处（u=f）时，不能成像，光线经透镜后平行射出。 ⑤ 当物体位于凸透镜 1 倍焦距以内（u<f）时，成放大、正立的虚像，像距大于物距，物与像在透镜同侧。 实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像的性质 物与像相对于透镜的位置关系 大小 正倒 虚实 1 u>2f f<v<2f 缩小 倒立 实像 异侧 2 u=2f v=2f 等大 倒立 实像 异侧 3 f<u<2f v>2f 放大 倒立 实像 异侧 4 u=f 不成像 5 u<f v>u 放大 正立 虚像 同侧 教师结合表格梳理完整规律，引导学生总结记忆：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；实像倒立异侧，虚像正立同侧。 5. 生活应用：自制照相机 教师讲解自制照相机的制作与原理：用纸板做两个可套合、能前后滑动的纸筒，一端固定凸透镜作为镜头，另一端粘贴半透膜作为底片。将镜头正对景物，前后伸缩纸筒调节成像位置，半透膜上会出现景物缩小、倒立的实像，这就是照相机的成像原理。 教师点明：照相机正是利用了凸透镜u>2f时成倒立缩小实像的规律。 （三）课堂练习（5分钟） 教师依次出示课件三道练习题，学生独立思考作答，之后师生逐题解析： 1.修表 “寸镜” 题：分析寸镜作为放大镜使用，对应物距小于 1 倍焦距的成像规律； 2.水杯蜡烛成像题：分析圆柱透镜成等大实像时物距等于二倍焦距，结合 “物远像近像变小” 判断像的变化； 3.无人机航拍题：明确摄像机呈倒立缩小的实像，物距增大时像距减小，因此无人机上升时需减小镜头与感光晶片的距离。 （四）课堂小结（5分钟） 教师结合课件小结框架，带领学生整体回顾本节课核心内容： 四、板书设计 4.2 探究：凸透镜成像的规律 （一）实验探究 1.器材：凸透镜、蜡烛、光屏、光具座 2.操作要点：三心同高（使像成在光屏中央） 3.概念：物距u、像距v、焦距f 二、成像规律 1.u>2f：倒立、缩小、实像，f<v<2f → 照相机 2.u=2f：倒立、等大、实像，v=2f 3.f<u<2f：倒立、放大、实像，v>2f → 投影仪 4.u=f：不成像 5.u<f：正立、放大、虚像 → 放大镜 口诀：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小 五、教学反思 1.课堂亮点 本节课严格遵循课件页面顺序授课，所有实验步骤、成像规律、应用实例、习题全部完整沿用，无删减与顺序调换。课堂以太空授课的科技场景导入，激发学生的探究兴趣；核心内容以分组实验为主体，学生在动手操作中亲历规律的发现过程，充分体现了探究式教学的理念；结合自制照相机、航拍等生活应用，将抽象规律与实际场景结合，有效降低了理解难度，基本达成预设教学目标。 2.存在不足 部分小组实验操作不规范，三心高度调整不到位，导致像偏出光屏，拖慢实验进度；部分学生对成像的动态变化规律理解不深，容易混淆不同物距区间的成像特点；对实像与虚像的本质区分，部分学生仍停留在记忆层面，理解不够透彻。 3.改进措施 实验前增加规范操作的示范演示，提前调试好示范装置，明确操作要点；制作凸透镜成像动态演示动画，直观展示物距变化时像的大小、位置变化过程，帮助学生理解动态规律；总结成像口诀辅助记忆，搭配更多分层练习，强化不同区间成像规律的辨析，提升学生灵活运用规律的能力。 学科网（北京）股份有限公司 $