三、凸透镜成像的规律（教学设计）物理新教材苏科版八年级上册

该初中物理教学设计聚焦凸透镜成像规律核心知识，通过放大镜观察文字活动导入，让学生体验近时正立放大、远时倒立的现象，引发认知冲突，衔接透镜基础知识，引导猜想像的性质与物距关系，搭建探究学习支架。 以科学探究为主线，完整呈现“提出问题-猜想-实验-分析-归纳”流程，用控制变量法分步实验，表格记录数据，口诀归纳规律，结合例题巩固。落实科学探究与科学思维，提升学生实验操作和归纳能力，为教师提供结构化方案，助力核心素养落地。

三、凸透镜成像的规律（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 三、凸透镜成像的规律 教学 目标 物理观念 知道物距（u）、像距（v）、焦距（f）的概念；理解凸透镜成像的规律，知道一倍焦距和二倍焦距是成像性质变化的关键点；能区分实像与虚像的本质区别。 科学思维 通过实验探究，运用控制变量法研究物距变化对成像的影响；能从多组实验数据中提取有效信息，运用比较、归纳的方法总结规律。 科学探究 能独立完成“探究凸透镜成像规律”的实验操作，包括器材组装、调节共轴、记录数据等环节；经历“提出问题—猜想假设—设计实验—收集证据—归纳结论”的科学探究全过程。 科学态度 与责任 在实验中养成严谨求实、合作交流的科学态度；能将所学规律应用于解释生活现象。 教材 分析 《凸透镜成像的规律》是苏科版（2024）物理八年级上册第三章《光的折射 透镜》的第三节内容。本节是在学生学习了透镜的基础知识（凸透镜和凹透镜的定义、透镜对光的作用、焦点和焦距等）之后，对凸透镜成像规律的深入探究，是光学知识的核心内容。 本节在整章中处于“核心枢纽”地位。主要内容包括：探究凸透镜成像的规律实验、凸透镜成像的五种典型情况、实像与虚像的区分、成像规律的应用。教材以“活动3.5 探究凸透镜成像的规律”为主线，引导学生通过实验探究，逐步发现物距变化时像的性质（正倒、大小、虚实）的变化规律。 本节内容是照相机、投影仪、放大镜等光学仪器的工作原理基础，为学生后续学习“透镜的应用”奠定知识和能力基础。 学情分析 通过前面两节的学习，学生已知道凸透镜和凹透镜的定义及结构特点，知道凸透镜对光有会聚作用、凹透镜对光有发散作用，了解了焦点、焦距和光心等基本概念。学生已初步接触过用凸透镜观察物体（放大镜）的成像体验。在生活中，学生使用过放大镜、照相机等物品，对凸透镜成像有感性认识，但对“凸透镜在什么条件下成什么样的像”缺乏系统的认识。 经过前几章的学习，学生已多次经历科学探究的过程，具备了一定的实验操作能力、数据记录能力和小组合作能力。学生已初步接触过“控制变量法”“转换法”“等效替代法”等科学方法。但凸透镜成像实验涉及多个变量的协调操作（同时调节物距和像距寻找清晰的像），对学生的动手能力和空间想象能力要求较高。学生对从多组实验数据中归纳规律的经验尚不丰富。 教学重点 1. 通过实验探究，知道凸透镜成像的规律。 2. 掌握凸透镜成像的五种典型情况及其成像条件。 3. 理解物距（u）与焦距（f）、像距（v）与焦距（f）的关系。 教学难点 1. 实验操作中准确找到清晰的像并正确测量物距和像距。 2. 从实验数据中归纳出凸透镜成像的规律。 3. 物距连续变化时像的动态变化规律的理解。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 1. 创设情境，引发认知冲突 活动：请一位同学用放大镜（凸透镜）观察课本上的文字，先靠近书本观察，再慢慢将放大镜远离书本。 提问：“同学们，你们看到了什么现象？文字的大小发生了什么变化？什么时候看到的是正立的？什么时候是倒立的？” 观察结果：放大镜靠近书本时，看到的是正立、放大的文字；继续远离到一定程度后，文字变得模糊；再远一些，看到的文字变成倒立的。 2. 引发思考 追问：“同一个凸透镜，为什么有时看到正立放大的像，有时看到倒立的像？像的虚实、大小、正倒可能与什么因素有关？” 3. 揭示课题 “通过刚才的观察，我们发现同一个凸透镜可以成不同的像。那么，凸透镜成像到底遵循什么规律呢？今天我们就通过实验来探究——凸透镜成像的规律。” 【设计意图】通过放大镜观察文字的简单活动，让学生亲身体验“同一个透镜可以成不同的像”，制造认知冲突，激发探究欲望。引导学生猜想“像的特点可能与物距有关”，为后续实验探究做铺垫。 观察放大镜成像的实验，描述看到的现象，思考并回答老师提出的问题，提出自己的猜想。 学习新课 凸透镜成像的规律 一、探究凸透镜成像的规律 1. 介绍三个关键物理量 结合光路图讲解： 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） ：焦点到凸透镜光心的距离 2. 提出问题 “凸透镜成像时，像的正倒、大小、虚实跟什么因素有关？” 引导学生猜想：可能与物体到凸透镜的距离（物距） 有关。 3. 设计实验方案 实验方案：将凸透镜固定在光具座中间（如50 cm刻度处），将蜡烛放在较远处，移动光屏直到出现清晰的像，记录物距和像距；然后逐次减小物距，重复实验。 分组安排：学生4人一组，分工合作（一人操作蜡烛、一人操作光屏、一人观察记录、一人协助）。 4. 进行实验——分步探究 步骤①：安装与调节 将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，点燃蜡烛，调节三者的中心大致在同一高度。 步骤②：u＞2f——成倒立、缩小的实像 将蜡烛放在距凸透镜较远处（u＞2f），移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像。 观察记录：像是倒立、缩小的实像，像距f＜v＜2f。 步骤③：u＝2f——成倒立、等大的实像 将蜡烛移到距凸透镜2f处，移动光屏寻找清晰的像。 观察记录：像是倒立、等大的实像，像距v＝2f。 步骤④：f＜u＜2f——成倒立、放大的实像 将蜡烛移到距凸透镜f和2f之间，移动光屏寻找清晰的像。 观察记录：像是倒立、放大的实像，像距v＞2f。 步骤⑤：u＝f——不成像 将蜡烛移到距凸透镜f处，移动光屏，观察光屏上能否出现清晰的像。 观察记录：光屏上不成像（折射光线平行射出）。 步骤⑥：u＜f——成正立、放大的虚像 将蜡烛移到距凸透镜小于f处，移动光屏，光屏上不成像；移走光屏，透过凸透镜观察烛焰。 观察记录：透过凸透镜看到正立、放大的虚像，像与物在透镜同侧。 5. 数据记录 学生将实验数据记录在表格中： 实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像的性质 像的大小 像的正倒 像的虚实 1 2 3 4 5 6 6. 分析与论证 组织学生分析实验数据，讨论以下问题： “比较u＞2f、u＝2f和f＜u＜2f三种情况，像的大小有什么变化规律？” “成实像和成虚像的分界点在哪里？”（u＝f） “成缩小实像和放大实像的分界点在哪里？”（u＝2f） “成实像时，物距减小，像距和像的大小如何变化？” 7. 归纳总结 引导学生归纳凸透镜成像的规律： 物距范围 像距范围 像的性质 u＞2f f＜v＜2f 倒立、缩小、实像 u=2f v=2f 倒立、等大、实像 f＜u＜2f v＞2f 倒立、放大、实像 u=f 不成像 不成像 u＜f v＞u（同侧） 正立、放大、虚像 实验表明，物体通过凸透镜所成的像的性质与物距有关。主光轴上有两个位置是成像性质变化的分界点，一个是二倍焦距处，另一个是一倍焦距处（焦点处）。二倍焦距处，是成缩小像与放大像的分界点；一倍焦距处，是成倒立实像与正立虚像的分界点。 【口诀记忆】 一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小。 成实像时：物近像远像变大；物远像近像变小。 【设计意图】通过完整的科学探究过程，让学生亲身体验“提出问题→猜想假设→设计实验→进行实验→分析论证→归纳总结”的探究流程。通过分步实验和表格记录，帮助学生建立物距与成像特点之间的清晰对应关系。通过“一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小”的口诀总结，帮助学生记忆和理解规律。 【例题1】在“探究凸透镜成像规律”的实验中： (1)如图甲所示，让平行光正对透镜照射，在光屏上得到一个最小最亮的光斑，则该凸透镜的焦距为 _____cm。 (2)如图所示，将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，调节三者中心在_____。 (3)当蜡烛、透镜和光屏位于图乙位置时，光屏上可得到清晰______（选填“放大”、“等大” 或“缩小”）的像。 【答案】(1)10.0 (2)同一高度 (3)放大 【例题2】小青将点燃的蜡烛分别放在如图所示的a、b、c点探究凸透镜成像规律，蜡烛在______点，右侧光屏上成的像最大，像是______（选填“正立”或“倒立”）的。若将蜡烛从a移到b，应将光屏向______移动（选填“左”或“右”），才能在光屏上呈现清晰的像，当蜡烛移动到c点时，在光屏上______看到像（选填“能”或“不能”）。 【答案】 b 倒立 右 不能 【例题3】在“探究凸透镜成像规律”的实验中，将蜡烛、透镜和光屏三者从左到右依次安装在水平光具座上，调整烛焰、透镜和光屏的中心在______。已知凸透镜的焦距为15cm，若烛焰与透镜距离为25cm，左右移动光屏到恰当的位置时，可在光屏上看到烛焰清晰的实像，这个像是______（选填“放大”，“等大”或“缩小”）的。 【答案】 同一高度 放大 【例题4】将凸透镜正对着太阳光，在距凸透镜光心10厘米的位置得到一个最小最亮的光斑，则这个凸透镜的焦距为_______厘米；将一个发光体放在离透镜15厘米的主光轴上，所成的像是倒立、_______的实像（选填“放大”“等大”或“缩小”），像到透镜的距离_______20厘米。（选填“大于”“等于”或“小于”） 【答案】 10 放大 大于 分组进行凸透镜成像实验。 记录实验数据。 分析数据，讨论问题。 归纳凸透镜成像的规律。 课堂练习 1．将点燃的蜡烛分别放在如图所示的a、b、c点探究凸透镜成像规律，蜡烛在_______点，右侧光屏上成的像最大。若将蜡烛从a移到b，应将光屏向_______移动（选填“左”或“右”），才能在光屏上呈现清晰的像。 【答案】 b 右 【详解】【小题1】[1][2]由图可知，a点时，此时成倒立、缩小的实像，像比物小；b点时，此时成倒立、放大的实像，像比物大；c点时，，此时成正立、放大的虚像，虚像不能呈现在光屏上，所以，只有a、b两点能成实像，能在光屏上看到，因此蜡烛在b点时，右侧光屏上成的像最大，当将蜡烛从a移到b，物距减小，像距增大，因此应该将光屏向右移动适当距离，才能在光屏上呈现清晰的像。 2．如图，某同学记录多次实验数据，绘制了凸透镜u-v之间的关系图像，则该凸透镜的焦距是_______cm；当光源距透镜5.0cm时，光屏上_______（选填“有”或“无”）入射光经透镜折射后的光线，此时，像成在_______（选填“光屏”或“光源”）一侧。 【答案】 10 有 光源 【详解】[1]根据凸透镜成像规律，当u = v = 2f时，凸透镜成倒立、等大的实像。由图像可知u=v=2f=20cm 所以f=10cm=0.1m [2][3]当蜡烛距透镜5.0cm时，光屏上有烛焰经透镜折射后的光线，只不过这个折射光线发散，不会聚成像，折射光线的反向延长线会聚成像；凸透镜的焦距为f=10cm，当蜡烛距透镜5.0cm时，u＜f，成正立、放大的虚像，物像在凸透镜的同侧，即像成在光源一侧。 3．如图所示，一点光源位于凸透镜的主轴MN上，凸透镜位置固定。当点光源位于A点时，它的像在B点；当点光源位于B点时，它的像在C点。则凸透镜位于_________。（选填“A的左侧”“AB之间”“BC之间”“C的右侧”） 【答案】A的左侧 【详解】如果凸透镜放在C点右侧，那么当点光源放在A点时，成像在A点左侧或C的右侧，而不是在B点；当光源在A点时，像在透镜另一侧，说明成实像，那么像距应在一倍焦距外，这样当点光源在B点时就也会在相对于B的另一侧成实像，（也就是A的左侧）而不是成像在C点；如果凸透镜放在A点左侧，那么当点光源放在A点时，成像在B点，当点光源放在B点时，成像在C点，成像都是虚像，所以透镜可以在A点左侧。 4．如图所示，在“探究凸透镜成像的规律”实验中，凸透镜的焦距为10cm，下列说法正确的（     ） A．烛焰、光心、光屏中心应在同一直线上 B．若保持透镜和光屏不动，应将蜡烛向左移动，光屏才能成清晰的像 C．若想让光屏上成像变小，蜡烛和光屏都需要向右移动 D．蜡烛烧短后，应将凸透镜向下移动，像才能成在光屏中央 【答案】D 【详解】A．在实验中，烛焰、凸透镜光心、光屏中心应在同一高度（而非同一直线），这样才能让像成在光屏中央，故A错误； B．已知焦距，由图可知，此时光屏到透镜的距离为 此时，应该满足，所以需要将蜡烛向右移动到20cm到30cm刻度之间，才能在光屏上成清晰的像，故B错误； C．根据“物远像近像变小”的规律，如果要让像变小，需增大物距（蜡烛向左移动）、减小像距（光屏向左移动），而不是都向右移动，故C错误； D．蜡烛烧短后，烛焰向下移动，根据过光心的光线传播方向不变，像会向上移动。此时将凸透镜向下移动，可使像重新回到光屏中央，故D正确。 故选D。 5．在“探究凸透镜成像规律”实验中，凸透镜焦距f为15cm。凸透镜位于P处（图中未画出）位置不变，移动蜡烛，光屏先后在P同侧的A、B两处得到烛焰清晰的像，且A处的像比B处大，则以下说法正确的是（　　） A．A处的像一定是放大的 B．P点位置在A的左侧，蜡烛向左移动 C．P点位置在B的右侧，蜡烛向右移动 D．B、C两个选项的情况都有可能 【答案】C 【详解】A．若物距u满足，成放大像；若 ，成缩小像。仅根据“像比B处大”无法确定A处像一定放大，故A错误； BD．若P在A左侧，蜡烛在P左侧（物距 u），光屏在P右侧（像距v ）；蜡烛向左移动，物距增大，像距减小，像变小，与“A处像比B处大”矛盾，故BD错误； C．若P点位置在B的右侧，蜡烛在P右侧（物距 u），光屏在P左侧（像距v ）。蜡烛向右移动，物距减小，像距增大，像变大，符合“A处像比B处大”的条件，故C正确。 故选 C。 6．在探究“凸透镜成像规律”的实验中。 (1)如图甲所示，为了粗测凸透镜的焦距，小明同学将凸透镜正对着太阳光，再把光屏放在它的另一侧，调节___________与光屏的距离，直到光屏上出现一个最小最亮的光斑，就可以测出该凸透镜的焦距f=___________cm。 (2)实验前，调整烛焰、凸透镜和光屏的中心的高度，使它们在透镜的___________上。 (3)如图乙，光屏上呈现清晰的像，此像的性质是___________的实像，若保持蜡烛和光屏位置不变，移动透镜至__________ cm刻度线处，光屏上能再次呈现清晰的像。 (4)保持蜡烛位置不变，移动透镜至16cm刻度线处，左右移动光屏在光屏上均看不到像，接着应该___________，便可以看到蜡烛所成的像。 【答案】(1) 凸透镜 10.0 (2)主光轴 (3) 倒立、放大 40.0 (4)取下光屏，从光屏一侧透过凸透镜观察 【详解】（1）[1]利用平行光测凸透镜的焦距时，将凸透镜正对着太阳光，把光屏放在它的另一侧，调节凸透镜与光屏的距离，光屏上出现一个最小最亮的光斑，即凸透镜的焦点，焦点到透镜的距离即是凸透镜的焦距。 [2]由图甲可知，凸透镜光心在刻度线处，焦点在刻度线处，因此焦距 （2）为了使像成在光屏中央，实验前，应调整烛焰、凸透镜和光屏的中心在透镜的主光轴上。 （3）[1]由图乙可知，此时物距： 满足，根据成像规律，此时成倒立、放大的实像。 [2]若保持蜡烛和光屏位置不变，移动透镜至刻度线处，根据光路可逆原理，当物距和像距互换 时，光屏上能再次呈现清晰的像。 （4）当凸透镜移至刻度线处时，物距，成正立、放大的虚像， 虚像不能呈现在光屏上，所以应该取下光屏，从光屏一侧透过凸透镜观察，便可以看到蜡烛的像。 板书设计 三、凸透镜成像的规律 一、基本概念 物距u：物体到透镜光心的距离 像距v：像到透镜光心的距离 焦距f：焦点到透镜光心的距离 二、凸透镜成像的规律 物距范围 像距范围 像的性质 u＞2f f＜v＜2f 倒立、缩小、实像 u=2f v=2f 倒立、等大、实像 f＜u＜2f v＞2f 倒立、放大、实像 u=f 不成像 不成像 u＜f v＞u（同侧） 正立、放大、虚像 三、规律口诀 一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小 物近像远像变大（成实像时） 教学反思 本节作为《光的折射 透镜》单元的核心内容，较好地完成了引导学生通过实验探究凸透镜成像规律的教学目标。学生在分组实验中既获得了知识，也体验了科学探究的全过程，掌握了“实验—分析—归纳”的研究方法。后续教学中将继续注重实验探究与概念建构的结合，通过更多的应用实例和动态分析，帮助学生深入理解和灵活运用凸透镜成像的规律。 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