3.5 奇妙的透镜（教学设计）物理新教材沪粤版八年级上册

该初中物理教学设计聚焦“奇妙的透镜”核心知识，涵盖透镜分类、对光的作用、基本概念及特殊光线。以《淮南万毕术》“削冰取火”史料导入，连接光的折射规律，为透镜成像学习搭建支架。 此资料亮点突出，通过分组实验（平行光作用、测焦距）和演示实验（冰透镜取火）落实科学探究，融入古代光学成就与矿泉水瓶防火案例强化科学态度与责任。多媒体动画辅助光路理解，规范作图训练提升科学思维，助力学生构建知识体系，教师教学更具趣味性与实效性。

3.5 奇妙的透镜（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 3.5奇妙的透镜 教学 目标 物理观念 1. 能准确区分凸透镜、凹透镜的外形特征，建立透镜的分类认知； 2. 掌握凸透镜对光的会聚作用、凹透镜对光的发散作用，理解 “会聚”“发散” 的本质； 3. 认识光心、主光轴、焦点、焦距等基本概念，区分实焦点与虚焦点； 4. 能用透镜的光学规律解释削冰取火、矿泉水瓶引发火灾、眼镜矫正等生活现象。 科学思维 1. 构建透镜光路模型，对比归纳凸透镜、凹透镜的异同，形成系统的透镜知识体系； 2. 能根据入射光线的特点推理折射光路，锻炼逻辑推理与光路分析能力； 3. 能从光的折射规律出发，解释透镜对光线的偏折本质，建立 “折射是透镜作用的核心” 的认知。 科学探究 1. 借助平行光实验，观察透镜对光线的作用，直观感知会聚与发散现象； 2. 动手完成找焦点、粗测焦距的实验，经历多次测量取平均值的探究过程； 3. 模拟削冰取火实验，自主总结凸透镜的聚光规律，提升实验设计与动手操作能力。 科学态度 与责任 1. 规范实验操作，避免强光直射人眼，树立安全实验意识； 2. 借鉴古人削冰取火的智慧，感受我国古代光学成就，树立文化自信； 3. 了解透镜在生活、医疗、光学仪器中的应用，体会物理知识的实用价值； 4. 养成严谨观察、实事求是的实验习惯，培养科学探究精神。 教材 分析 本节是第三章《光和眼睛》的核心过渡课时，承接光的折射规律，开启几何光学中透镜成像的学习，同时为后续凸透镜成像规律、眼睛与视力矫正奠定核心基础。教材以 “削冰取火” 的古代光学记载引入，从透镜的分类、基本概念入手，通过实验探究透镜对光的作用，系统讲解焦点、焦距、三条特殊光线，拓展测量焦距的实验方法，并结合古代史料、生活应用深化规律理解。本节课实验性强、逻辑严谨，既渗透了传统文化教育，又充分体现了 “从生活走向物理，从物理走向社会” 的课程理念，是培养学生实验探究能力与光学核心素养的重要载体。 学情分析 1. 知识储备：学生已掌握光的折射规律，对放大镜、近视眼镜、水滴成像等透镜现象有丰富的生活经验，但对透镜的分类标准、会聚与发散的本质理解模糊；容易混淆透镜与球面镜，对 “会聚” 的判断容易停留在 “光线是否相交” 的表面认知。 2. 思维能力：学生具备初步的光路分析能力，但对三条特殊光线的规律、实焦点与虚焦点的区别理解不深；透镜光路的规范作图能力有待系统训练。 3. 学习特点：学生对动手实验、古代光学故事、生活应用兴趣浓厚，但对概念的精准辨析、光路的规范表达需要教师逐步引导；对实验中多次测量减小误差的科学方法需要强化。 教学重点 1. 凸透镜、凹透镜的外形特征与分类； 2. 凸透镜对光的会聚作用、凹透镜对光的发散作用； 3. 光心、主光轴、焦点、焦距的基本概念； 4. 平行光经过两类透镜的基础光路图。 教学难点 1. 准确理解 “会聚” 与 “发散” 的本质：相对于入射光线的偏折趋势，而非光线是否相交； 2. 区分实焦点与虚焦点，理解光路可逆； 3. 规范绘制透镜光路，正确标注焦点、焦距与光线方向。 教学 器材 分组实验器材：凸透镜、凹透镜、激光笔、平行光源、光屏、刻度尺、冰块、模具； 演示器材：冰透镜取火演示装置、不同焦距的凸透镜； 多媒体素材：透镜光路动画、削冰取火史料视频、透镜生活应用图片。 教师活动 学生活动 导入新课 【史料引入】引用《淮南万毕术》记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。” 解释古文含义：把冰块打磨成圆形，正对太阳光，能点燃艾草。 【提出问题】冰本身冰凉，为什么能点火？冰块对太阳光起到了什么作用？ 引导学生猜想：冰块做成透镜，对光有会聚作用，集中热量点燃干草。 引入课题：这块冰本质就是一枚凸透镜。今天我们就一起走进奇妙的透镜世界，探究凸透镜、凹透镜对光线的作用，解开削冰取火背后的光学奥秘。 解读古代光学记载，感受古人的智慧；结合光的折射知识思考冰透镜的作用；作出猜想，带着探究兴趣进入新课学习。 学习新课 一、透镜的分类与基本概念 1．透镜的定义与分类 讲解：透镜是用透明物质（玻璃、树脂、冰等）制成的光学元件，表面是球面的一部分。 展示凸透镜与凹透镜，引导学生观察外形： - 凸透镜：中间厚、边缘薄； - 凹透镜：中间薄、边缘厚。 易错辨析：水晶球、装水的矿泉水瓶，中间厚边缘薄，相当于凸透镜，不是凸面镜（凸面镜是反射，透镜是折射）。 2. 基本概念 结合光路图讲解： - 光心（O）：透镜的中心，通过光心的光线传播方向不变； - 主光轴：通过光心和两个球面球心的直线，用点划线表示。 3. 典例即时训练 讲解课件例 1（水晶球辨析）、例 2（放大镜与透镜分类），巩固透镜的外形判断。 理解透镜的定义，观察两类透镜的外形，掌握分类依据； 辨析透镜与球面镜的区别，纠正 “水晶球是凸面镜” 的认知误区； 认识光心与主光轴，知道过光心的光线传播方向不变； 完成典例练习，准确判断透镜类型。 学习新课 二、透镜对光的作用 1. 实验探究：透镜对平行光的作用 分组实验：用平行光源分别照射凸透镜和凹透镜，在另一侧的光屏上观察光斑的变化。 引导学生观察： - 凸透镜：平行光入射后，光斑变小，光线向主光轴偏折； - 凹透镜：平行光入射后，光斑变大，光线远离主光轴偏折。 结论： - 凸透镜对光有会聚作用，又叫会聚透镜； - 凹透镜对光有发散作用，又叫发散透镜。 强调：会聚与发散是相对于入射光线的传播方向而言，不是看光线最终是否相交。 2. 生活现象辨析 分析：森林里不能随意丢弃装有水的透明矿泉水瓶。 原理：装水的矿泉水瓶相当于凸透镜，对太阳光有会聚作用，容易引燃易燃物，引发森林火灾。 对比：中间为 “空气凹透镜” 的玻璃砖，对光也有发散作用，与装水的饮料瓶作用不同。 3. 典例分析 讲解课件例 3（矿泉水瓶、折射现象辨析），巩固透镜的作用与生活应用。 分组完成实验，观察平行光经过两类透镜的光斑变化； 归纳凸透镜会聚、凹透镜发散的作用。 理解 “会聚”“发散” 的本质，纠正 “会聚就是光线相交” 的认知误区。 运用透镜规律分析矿泉水瓶的安全隐患，提升知识应用与安全意识。 完成典例练习，巩固透镜的作用与现象辨析。 学习新课 三、焦点与焦距 1. 凸透镜的实焦点 结合光路图讲解： 平行于主光轴的平行光，经凸透镜折射后会聚在主光轴上的一点，这个点叫做焦点（F）。 焦点到光心的距离叫做焦距（f）。 强调：凸透镜两侧各有一个实焦点，两个焦距相等。 2. 凹透镜的虚焦点 讲解：平行于主光轴的平行光，经凹透镜折射后发散；发散光线的反向延长线相交于主光轴上的一点，叫做凹透镜的虚焦点。 强调：凹透镜的焦点不是实际光线会聚而成，是虚焦点；两侧各有一个虚焦点。 3. 方法点拨：判断透镜类型的方法 - 看外形：中间厚边缘薄是凸透镜； - 看光路：光线向主光轴偏折是凸透镜，远离主光轴是凹透镜； - 看光斑：平行光入射后光斑变小是凸透镜，光斑变大是凹透镜。 4. 实验：测量凸透镜的焦距 实验原理：平行于主光轴的光经凸透镜会聚在焦点，焦点到光心的距离就是焦距。 实验步骤： ① 将凸透镜正对太阳光（或平行光源）； ② 移动光屏，直到光屏上出现最小最亮的光斑，即为焦点； ③ 用刻度尺测量光斑到透镜光心的距离，就是焦距； ④ 多次测量取平均值，减小误差。 学生分组实验，测量不同凸透镜的焦距，记录数据。 拓展：凸透镜越厚，焦距越短，会聚能力越强。 5. 文化拓展：削冰取火 讲解晋代《博物志》、西汉《淮南万毕术》中关于冰透镜取火的记载，说明我国古代就对凸透镜的会聚作用有了认识。 演示冰透镜取火实验，直观验证凸透镜的聚光作用。 6. 典例分析 讲解课件例 4（削冰取火辨析），巩固凸透镜的会聚作用与焦点概念。 理解凸透镜焦点与焦距的定义，知道实焦点的特点。 理解凹透镜虚焦点的形成，区分实焦点与虚焦点。 掌握判断透镜类型的多种方法，提升辨析能力。 分组完成测量焦距实验，规范操作，记录数据；体会多次测量减小误差的科学方法。 了解古代光学成就，增强文化自信；观察演示实验，直观验证凸透镜的会聚作用。 完成典例练习，巩固焦点、焦距概念与规律应用。 学习新课 四、透镜的三条特殊光线 结合光路图，逐一讲解两类透镜的三条特殊光线： 1. 过光心的光线：传播方向不变（凸透镜、凹透镜都适用）。 2. 平行于主光轴的光线： - 经凸透镜折射后，通过另一侧的焦点； - 经凹透镜折射后发散，发散光线的反向延长线通过同侧的虚焦点。 3. 过焦点的光线： - 经凸透镜折射后，平行于主光轴射出； - 对着凹透镜另一侧虚焦点入射的光线，折射后平行于主光轴射出。 强调作图规范： - 实际光线用实线，标箭头； - 法线、反向延长线用虚线； - 标注焦点 F、光心 O。 学生练习：画平行光过凸透镜、凹透镜的光路图，教师巡视指导。 典例分析 讲解课件例 5（凹透镜 + 凸透镜组合光路），巩固特殊光线的作图与规律应用。 识记两类透镜的三条特殊光线，理解光路规律； 掌握透镜光路图的作图规范，动手练习作图，纠正常见错误； 完成典例练习，提升组合透镜的光路分析能力。 课 堂 练 习 1．如图所示的水晶球是小明暑假研学过程中获得的奖品，妈妈提醒小明不要把它们放在向阳的窗台上，因为水晶球相当于（    ） A．凸透镜 B．凸面镜 C．凹透镜 D．凹面镜 【答案】A 【解析】水晶球中间厚、边缘薄，相当于一个凸透镜，凸透镜可以会聚光线，若水晶球放在向阳的窗台上，容易引起火灾。 故选A。 2．把一个透明且均匀的玻璃球切成a、b、c、d、e五部分，其截面如图所示，其中属于凸透镜的是（　　）    A．只有b B．a、c、d、e C．a、b、c D．a、b、c、d、e 【答案】B 【解析】由图知：玻璃a、c、e、d都是中间厚，边缘薄，是凸透镜，能使光线会聚，而玻璃b是中间薄，边缘厚，是凹透镜，能使光线发散，故ACD不符合题意，故B符合题意。 故选B。 3．如图甲所示，把放大镜的镜片拆出来。从侧面看过去，这块透镜中间较边缘 （选填“厚”或“薄”），这种透镜我们叫凸透镜。继续观察图乙中的透镜，与放大镜属于同一类透镜的是 。 【答案】 厚 ab 【解析】[1][2]放大镜是凸透镜，中间厚边缘薄，故从侧面看过去，这块透镜中间较边缘厚。如图乙中，只有ab是中央厚边缘薄的凸透镜。 4．炎炎夏日，停在露天停车场的汽车内有一瓶矿泉水，如图甲所示，太阳光透过矿泉水瓶后可能把汽车内的易燃物引燃，这是因为装有水的矿泉水瓶相当于一个 透镜，如图乙所示，中间为“空气凹透镜”的玻璃砖，它与装水的饮料瓶对光的作用 （选填“相同”或“不同”）。 【答案】 凸 相同 【解析】[1]因为瓶中进入水之后，瓶中的水形状是中间厚、边缘薄，因此装水的矿泉水瓶相当于一个凸透镜，对光线有会聚作用，会形成高温区产生危险。 [2]中间为“空气凹透镜”的玻璃砖可看作是两个凸透镜组合在一起了，而光线经过凸透镜后会变得会聚，经过两个凸透镜变得更加会聚，因此它与装水的饮料瓶对光的作用相同。 5．如图所示，凸透镜的主光轴与平静水面重合，F为焦点；已知点光源S发出的一束光到达了F，请画出该光束经F后在空气和水中的大致光路。 【答案】 【解析】过F点作与水面相垂直的法线，由光的反射定律可知，反射角等于入射角，反射光线与入射光线分居在法线两侧，由此作出反射光线；经过凸透镜焦点的光线将沿着与凸透镜主光轴平行的方向射出；光从空气斜射入水中时，将发生折射，空气中的入射角大于水中的折射角，所以折射光线更靠近法线，如图所示 6．请完成图中凹透镜的光路图。（保留作图痕迹） 【答案】 【解析】入射光线的延长线过凹透镜的另一边焦点，折射光线平行于主光轴射出，如图所示： 7．在光具座上自左向右依次竖直放置一个平面镜、凸透镜和凹透镜，两个透镜的主光轴重合，凸透镜的焦点为F1，凹透镜的焦点为F2，在凹透镜的右侧有两束光线射向凹透镜，如图所示。请画出此光束完整的传播光路图。 【答案】 【解析】指向另一侧焦点的光线经凹透镜折射后折射光线平行于主光轴；平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点，该点恰好射到平面镜上，再进行反射；根据光路是可逆的，画出这条光线通过两个透镜折射和平面镜反射后的光路，如图所示： 8．如图所示，虚线框内有一透镜，让一束平行光垂直射向该透镜的镜面，在墙壁上得到了一个较大的光斑，关于虚线框内的透镜，下列说法正确的是（　　） A．一定是凹透镜，它对光有发散作用 B．一定是凸透镜，它对光有会聚作用 C．可能是凹透镜，它对光有会聚作用 D．可能是凸透镜，它对光有会聚作用 【答案】D 【解析】①让一束平行光垂直射向该透镜的镜面，在墙壁上得到了一个较大的光斑，说明该透镜对光有发散作用，则虚线框内的透镜可能是凹透镜。 ②如果透镜到墙壁的距离较远，虚线框内的透镜也可能是凸透镜，平行光垂直射向凸透镜的镜面发生折射后，折射光线会聚后继续传播也能在墙壁上得到一个较大的光斑，如下图所示 综上所述，虚线框内的透镜，可能是凹透镜，对光线有发散作用；也可能是凸透镜，对光线有会聚作用，故ABC错误，故D正确。 故选D。 9．在外出游玩时我们要提升安全意识，如：在森林里不能随意丢弃装有水的透明矿泉水瓶；因为它相当于一个 透镜，对太阳光有 作用，可能会导致森林火灾；从岸上看清澈池塘的深度比实际的要浅，这是由于光的 现象造成的，所以我们不要贸然下水，以免发生意外。 【答案】 凸 会聚 折射 【解析】[1][2]在森林里不能随意丢弃装有水的透明矿泉水瓶，因为矿泉水瓶为圆柱形，瓶内有水时相当于一个凸透镜，对太阳光有会聚作用，使温度升高，可能会导致森林火灾。 [3]从岸上看清澈池塘的深度比实际的要浅，这是由于光从水中斜射入空气中时发生折射造成的，所以我们不要贸然下水，以免发生意外。 10．在图中，属于凸透镜的是 ，属于凹透镜的是 （前两格均选填图中数字）；序号1的透明体可以使白光发生 现象，序号4的透明体对光有 作用（最后一格选填“会聚”或“发散”）。 【答案】 2、4 5、6 色散 会聚 【解析】[1][2]根据透镜的概念，中间比边缘厚的透镜是凸透镜，中间比边缘薄的透镜是凹透镜。故图中2、4为凸透镜，5、6为凹透镜。 [3]序号1的透明体以使白光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光，在白色光屏上呈现一条彩色光带，这是光的色散现象。 [4]序号4的透明体为凸透镜，对光有会聚作用。 11．如图是两束光分别射向并通过甲和乙两透镜的光路图。由图可知甲是 （选填“凸透镜”或“凹透镜”），此透镜对光有 （选填“会聚”或“发散”）作用。 【答案】 凹透镜 发散 【解析】[1][2]由图可知，通过甲的光线比起入射光线更加远离主光轴，即甲透镜对光线具有发散作用，故甲透镜为凹透镜，通过乙的光线比入射光线更靠近主光轴，即乙透镜对光线具有会聚作用，故乙透镜为凸透镜。 板 书 设 计 3.5 奇妙的透镜 一、透镜的分类 凸透镜：中间厚、边缘薄 → 会聚作用 凹透镜：中间薄、边缘厚 → 发散作用 二、基本概念 光心（O）：中心，过光心的光线方向不变 主光轴：过光心与球面球心的直线 焦点（F）：凸透镜实焦点；凹透镜虚焦点 焦距（f）：焦点到光心的距离 三、三条特殊光线 过光心：方向不变 平行主光轴：凸透镜过焦点；凹透镜反向延长过虚焦点 过焦点：折射后平行主光轴 四、应用 削冰取火、放大镜、矿泉水瓶防火 课 堂 小 结 作业布置 1. 基础作业：完成课后同步练习； 2. 作图作业：完成两类透镜三条特殊光线的光路图，标注焦点、光心； 3. 实践作业：利用家中的放大镜，粗测其焦距，记录实验过程与结果。 教学反思 亮点：本节课以 “削冰取火” 的古代光学史料引入，兼具人文性与趣味性，快速激发学生探究兴趣；按照 “分类 — 作用 — 概念 — 实验 — 作图 — 应用” 的逻辑层层递进，从现象观察到规律归纳，再到实验验证与作图规范，梯度清晰；通过分组实验、演示实验、光路作图相结合的方式，突破会聚发散本质、实虚焦点、光路作图等重点难点；融入传统文化教育与安全教育，充分体现了物理学科的育人价值。 不足：部分学生对 “会聚与发散是相对于入射光线” 的本质理解仍不深入，容易通过 “光线是否相交” 错误判断；凹透镜的特殊光线作图错误率较高，尤其是反向延长线与虚焦点的标注；测量焦距的实验中，部分小组对 “最小最亮光斑” 的判断不够准确。 改进：增加 “会聚与发散” 的对比光路演示，结合入射光线与折射光线的偏折方向分析，深化本质理解；设计梯度作图练习，从基础单条光线到组合透镜光路，逐步提升学生的作图能力；实验前增加 “找最小光斑” 的操作示范，明确判断标准，提升实验的准确性。 学科网（北京）股份有限公司2/2 学科网（北京）股份有限公司 $