3.7 眼睛与光学仪器（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“眼睛与光学仪器”核心内容，涵盖人眼成像原理、视力矫正及照相机、显微镜、望远镜的凸透镜应用。通过生活情境提问导入，衔接凸透镜成像规律，搭建从规律到应用的学习支架。 资料特色突出科学探究与科学思维，如水透镜模拟实验直观呈现近视成因，对比人眼与照相机调焦差异，分步解析显微镜望远镜两次成像。融入“中国天眼”科普视频，培养科学态度。助力学生构建光学模型，提升探究能力，教师使用可高效落实核心素养，突破教学难点。

3.7 眼睛与光学仪器（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 3.7 眼睛与光学仪器 教学 目标 物理观念 1. 理解人眼的成像原理，知道晶状体相当于凸透镜、视网膜相当于光屏，人眼通过改变晶状体厚度调节焦距； 2. 掌握近视眼、远视眼的成像成因与对应矫正透镜，能区分凹透镜与凸透镜的矫正作用； 3. 知道照相机、显微镜、望远镜均应用凸透镜成像规律，掌握三类仪器的成像原理与结构。 科学思维 1. 构建人眼、各类光学仪器的光路模型，对比不同成像的异同，形成系统的透镜应用认知； 2. 推理视力缺陷的成因与矫正原理，分析照相机、双镜组的成像逻辑，提升逻辑推理能力； 3. 区分显微镜、望远镜的成像作用与适用场景，能根据成像规律分析仪器的调节方法。 科学探究 1. 用水透镜模拟晶状体，探究近视的形成原因，体会模拟实验的科学方法； 2. 对比老花镜、近视镜，分析矫正光路，验证视力矫正的原理； 3. 动手操作简易照相机、显微镜、望远镜，观察成像特点，验证成像规律； 4. 调查班级近视情况，研讨科学护眼方法，提升实践探究能力。 科学态度 与责任 1. 实验中如实记录现象与数据，秉持实事求是的科学态度； 2. 了解青少年近视现状，树立科学护眼意识，养成良好的用眼习惯； 3. 感受光学仪器拓展微观、宏观视野的价值，体会物理科技对人类发展的推动作用； 4. 爱护实验器材，激发光学探究兴趣，增强科技自信。 教材 分析 本节是第三章《光和眼睛》的收官课时，是凸透镜成像规律在生活与科技中的综合应用，也是几何光学与生活实际、前沿科技结合的核心载体。教材从人眼这一天然光学仪器入手，系统讲解人眼的成像原理、视力缺陷与矫正，再拓展到照相机、显微镜、望远镜三类典型光学仪器，结合水透镜模拟实验、光路分析、典例应用与科技拓展，将凸透镜成像规律从 “规律” 落地到 “应用”。本节课既完善了几何光学的知识体系，又充分体现了 “从物理走向生活、走向科技” 的课程理念，同时渗透视力保护、科技自信等育人元素，是落实物理学科核心素养的重要内容。 学情分析 1. 知识储备：学生已牢固掌握凸透镜成像的五条规律，对眼睛、眼镜、照相机有丰富的生活经验，但对人眼的调焦原理、近视远视的光路本质理解模糊；容易混淆 “近视戴凹透镜、远视戴凸透镜” 的规律；对显微镜、望远镜的两次成像逻辑认识较为零散。 2. 思维能力：学生具备初步的光路分析能力，但对 “人眼调焦距、照相机调像距” 的区别理解不深；对双镜组的两次成像分析能力有待提升，容易混淆物镜与目镜的作用。 3. 学习特点：学生对视力矫正、显微镜、望远镜等内容兴趣浓厚，乐于动手实验；但对知识的系统梳理、光路的深度分析需要教师引导，对成像规律的灵活应用需要逐步强化。 教学重点 1. 人眼的成像原理与晶状体的调焦作用； 2. 近视眼、远视眼的成像位置与矫正方法； 3. 照相机、显微镜、望远镜的结构及凸透镜成像原理。 教学难点 1. 理解人眼通过改变晶状体厚度（焦距）调焦，区分人眼调焦与照相机调焦的不同； 2. 分析凹、凸透镜矫正视力的光路逻辑，理解像的位置移动原理； 3. 区分显微镜、望远镜两组透镜的两次成像规律，理解物镜与目镜的作用。 教学 器材 分组实验器材：水透镜（注射器、橡皮膜、水）、凸透镜、凹透镜、光具座、蜡烛、光屏、刻度尺； 演示器材：眼球模型、照相机模型、显微镜、简易望远镜； 多媒体素材：人眼成像动画、近视远视矫正光路动画、显微镜与望远镜成像原理视频、“中国天眼” 科普短片。 教师活动 学生活动 导入新课 【情境引入】提出问题：人眼是天然的光学仪器，我们依靠眼睛观察世界，但为什么有的人需要戴眼镜？为什么显微镜能看见肉眼看不见的细菌，望远镜能看见遥远的星空？ 引导学生思考：这些都与凸透镜成像规律有关。 引入课题：今天我们就一起探究眼睛的成像奥秘，学习视力矫正的方法，认识显微镜、望远镜这些眼睛的 “好帮手”。 结合生活经验思考问题，产生探究兴趣；明确本节课的学习主题，带着问题进入新课学习。 学习新课 一、眼睛是怎样看见物体的 1．人眼的结构与成像原理 展示眼球结构示意图，讲解各部分的光学作用： - 角膜、晶状体：共同作用相当于凸透镜，对光线有会聚作用； - 视网膜：眼球后部的光屏，承接物体的像； - 睫状体：调节晶状体的厚薄，改变焦距； - 视神经：将光信号传给大脑，产生视觉。 成像原理：物体发出的光经晶状体折射后，在视网膜上成倒立、缩小的实像；视神经将信号传给大脑，我们就看到了物体。 类比：人眼成像原理和照相机相同，晶状体相当于镜头，视网膜相当于胶片。 2. 正常眼睛的调节 结合光路图讲解： - 看远处物体：睫状体放松，晶状体变薄，焦距变大，远处物体的光会聚在视网膜上； - 看近处物体：睫状体收缩，晶状体变厚，焦距变小，近处物体的光会聚在视网膜上。 强调：正常眼睛通过改变晶状体的焦距，使远近物体的像都成在视网膜上。 3. 实验探究：近视眼的成因与矫正 【模拟实验】用水透镜模拟晶状体： ① 正常情况：水透镜厚度适中，平行光会聚在光屏（视网膜）上； ② 近视成因：向水透镜中注水，晶状体变厚，折光能力变强，光线会聚在光屏前方，模拟近视眼。 结论：近视眼成因是晶状体太厚、折光能力太强，或眼球前后径过长，远处物体的像成在视网膜前。 ③ 近视矫正：在水透镜前加凹透镜，光线先发散，再经晶状体会聚，像刚好成在光屏上。 结论：近视眼配戴凹透镜矫正，利用凹透镜对光的发散作用，使像后移到视网膜上。 4. 远视眼的成因与矫正 讲解：远视眼成因是晶状体太薄、折光能力太弱，或眼球前后径过短，近处物体的像成在视网膜后方。 矫正：配戴凸透镜（老花镜），利用凸透镜对光的会聚作用，使像前移到视网膜上。 对比总结： - 近视眼：像成在视网膜前 → 凹透镜矫正； - 远视眼：像成在视网膜后 → 凸透镜矫正。 拓展：眼镜的度数与焦距的关系：度数 = 100 / 焦距（f 以米为单位）。 5. 典例分析 讲解课件例 1、例 2，巩固近视、远视的判断与矫正。 6. 护眼教育 组织学生讨论：班级近视情况，不良用眼习惯，科学护眼的方法。 总结：保持正确读写姿势、控制用眼时长、增加户外活动、定期检查视力。 认识眼球的结构，明确各部分的光学作用；理解人眼的成像原理，建立 “晶状体 = 凸透镜、视网膜 = 光屏” 的类比认知。 理解人眼的调焦原理，知道看远近物体时晶状体的变化。 参与水透镜模拟实验，观察成像位置变化；理解近视眼的成因与矫正原理。 理解远视眼的成因与矫正方法，对比记忆两类视力缺陷的矫正规律。 完成典例练习，巩固视力缺陷的判断与矫正。 参与讨论，了解近视危害，树立科学护眼意识，养成良好用眼习惯。 学习新课 二、影像的保存 —— 照相机 1. 照相机的结构与原理 讲解：照相机是利用凸透镜成倒立、缩小实像的原理制成的。 结构： - 镜头：相当于凸透镜； - 感光元件（胶片 / 传感器）：相当于光屏； - 光圈、快门：控制进光量与曝光时间。 成像条件：物距大于 2 倍焦距（）。 2. 照相机的调节 提出问题：拍摄远近不同的物体时，要得到清晰的像，应该怎么调节？ 结合成像规律分析： - 拍远处物体：物距变大，像距变小，镜头向里缩（减小镜头到胶片的距离）； - 拍近处物体：物距变小，像距变大，镜头向外伸（增大镜头到胶片的距离）。 对比人眼与照相机： - 人眼：调节晶状体的焦距，像距不变； - 照相机：焦距不变，调节像距（镜头到胶片的距离）。 3. 典例分析 讲解课件例 3（光电搜索跟踪系统），巩固照相机成像原理与物距条件。 理解照相机的成像原理与结构，明确成像条件。 结合成像规律分析照相机的调节方法；对比人眼与照相机的调焦区别，深化规律理解。 完成典例练习，提升知识应用能力。 学习新课 三、眼睛的好帮手 —— 显微镜与望远镜 1. 显微镜 讲解结构：由物镜和目镜两组凸透镜组成。 成像过程： - 物镜：标本放在物镜的一倍焦距与二倍焦距之间（），成倒立、放大的实像（相当于投影仪）； - 目镜：物镜成的实像在目镜的一倍焦距以内（），成正立、放大的虚像（相当于放大镜）。 总结：显微镜经过两次放大，最终成倒立、放大的虚像；物镜和目镜都是凸透镜。 调节：要让像更大，应将物镜靠近标本（减小物距），同时目镜远离物镜。 2. 望远镜 讲解结构：由物镜和目镜两组凸透镜组成。 成像过程： - 物镜：远处天体在物镜的二倍焦距以外（），成倒立、缩小的实像（相当于照相机）； - 目镜：物镜成的实像在目镜的一倍焦距以内（），成正立、放大的虚像（相当于放大镜）。 总结：望远镜最终成倒立、缩小的虚像，作用是拉近远处物体的视角。 对比：显微镜和望远镜的目镜都相当于放大镜，成正立放大的虚像；物镜成像特点不同。 3. 拓展：中国天眼（FAST） 介绍：500 米口径球面射电望远镜，是世界最大单口径射电望远镜。 原理：通过巨大的球面反射面接收宇宙中的射电波，利用主动反射面技术将射电波聚焦到接收设备，解析天体信息。 辨析：射电望远镜利用的是电磁波的反射会聚，与光学望远镜的折射成像原理不同。 4. 典例分析 讲解课件例 4（显微镜与望远镜辨析），巩固两类仪器的成像原理。 理解显微镜的结构与两次成像过程，明确物镜与目镜的作用；知道显微镜的调节方法。 理解望远镜的结构与成像原理，区分物镜与目镜的成像特点。 对比显微镜与望远镜的异同，形成系统的双镜组成像认知。 了解 “中国天眼” 的科技成就，增强民族自豪感与科技自信；区分光学望远镜与射电望远镜的原理。 完成典例练习，巩固光学仪器的成像规律。 课 堂 练 习 1．如图所示，甲是正常眼睛对光的作用情况，则乙（　　） A．是近视眼，应配戴凸透镜制成的眼镜 B．是近视眼，应配戴凹透镜制成的眼镜 C．是远视眼，应配戴凹透镜制成的眼镜 D．是远视眼，应配戴凸透镜制成的眼镜 【答案】B 【解析】对比甲、乙两图可知，乙图中的晶状体曲度变大，会聚能力增强，即折光能力变强，物体经眼睛会将像成在视网膜的前方，属于近视眼；因为凹透镜对光线有发散作用，所以为使光线推迟会聚，需要配戴凹透镜制成的眼镜进行矫正，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 2．坐在教室后排的小强看不清黑板上的字，需要走到讲台前才能看清。由此判断，他可能患上了 视，需要佩戴眼镜来矫正，这种眼镜对光有 作用。 【答案】 近 发散 【解析】[1]由题可知，小强看不清远处的物体，看得清近处的物体，则他是近视眼。 [2]近视眼的成因是晶状体太厚，折光能力太强或眼球前后方距离太远，远处来的光线在视网膜前就会聚了，所以需要戴凹透镜来矫正，因为凹透镜对光线有发散作用。 3．现在很多学生不注意用眼保健，以至近视眼越来越多，表示近视眼成像的光路图的是图 （选填“甲”或“乙”），可选用右图中的 号镜放在眼前进行矫正。 【答案】 乙 2 【解析】[1][2]近视眼的产生原因是晶状体太厚，折光能力太强，因此来自远处某点的光会聚在视网膜前，故乙图是近视眼的情况；为了使像正好呈在视网膜上，应使光线推迟会聚，使所成的像相对于晶状体后移，所以应佩戴发散透镜即凹透镜。而由图中1、3号是中间厚边缘薄，是凸透镜，4号是凸面镜，5号是凹面镜，2号是边缘厚中间薄，是凹透镜，因此2号镜放在眼前进行矫正。 3．某同学用自制的水透镜做凸透镜成像实验，在光屏上得到了清晰的像。如图，他向水透镜中注水，则水透镜的焦距 （选填“变大”或“变小”）。不改变蜡烛和透镜的位置，要使光屏上再次得到清晰的像，应将光屏向 （选填“靠近”或“远离”）透镜的方向移动。这一实验可以模拟人眼 （填“近视”或“远视”）的形成原因。 【答案】 变小 靠近 近视 【解析】[1]某同学用自制的水透镜做凸透镜成像实验在光屏上得到了清晰的像，如图所示他继续向水透镜中注水，则水透镜变厚，曲度变大，折光能力变强，故水透镜的焦距变小。 [2]如果不改变蜡烛和透镜的位置，在物距不变的情况下，折光能力变强，凸透镜的焦距变小，像距变小，要使光屏上再次得到清晰的像，可以向左移动光屏，即靠近凸透镜。 [3]这一实验可以模拟人眼的近视形成原因。近视是由于眼睛的晶状体变厚，导致其对光线的会聚能力过强，从而使得远处的物体成像在视网膜的前方。这与我们实验中向水透镜注水后焦距变小、像靠近透镜的现象是相似的。 4．驿站出库扫描仪是一种物流设备。如题图所示，货物出库时，扫描仪的镜头对货物条码进行扫描，使像成到传感器上，经过数据传输完成出库登记。货物通过镜头所成的像是（　　） A．倒立的实像 B．放大的虚像 C．正立的实像 D．缩小的虚像 【答案】A 【解析】扫描仪的镜头相当于照相机，成的像是倒立、缩小的实像，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 5．物理老师利用手机给同学们直播了一个演示实验，实验器材离摄像头的距离应在镜头的 的范围。如果想让视频上的图像变大，可以让手机 （选填“靠近”或“远离”）实验器材。直播时为不干扰家人，可以调低音量，这是改变了声音的 。 【答案】 大于二倍焦距 靠近 响度 【解析】[1]视频摄像头的镜头与照相机的镜头类似，摄像头相当于一个凸透镜，成倒立缩小的实像，则实验器材离摄像头的距离应在镜头的大于二倍焦距的范围。 [2]如果想让视频上的图像变大，根据凸透镜成实像时“物近像远像变大”，即可以让手机 靠近实验器材，然后可使像变大。 [3]响度是声音的强弱，调低音量是改变了声音的响度的大小。 6．如图为我国自主研制的某新型战斗机上的光电搜索跟踪系统。该系统功能与人眼相似，能为战斗机提供感知外界的“视觉”。系统内置的光电传感器，相当于人眼的视网膜；最外层窗口和传感器之间的光学元件，相当于人眼的晶状体，该光学元件相当于对光具有 作用的透镜。若该透镜的焦距为f，则该系统成像时物距应 （选填“小于f”“大于2f”或“大于f且小于2f”）。 【答案】 会聚 大于2f 【解析】[1][2]凸透镜对光有会聚作用，所以该光学元件相当于对光具有会聚作用的透镜。该系统成像时物距应大于2f，因为成倒立、缩小的实像，所以物距大于2f。 7．如图为投影式电子白板，它利用投影机将画面投影到屏幕上。下列说法正确的是（　　） A．屏幕上的丰富色彩是由红、黄、蓝三种色光混合而成的 B．镜头到屏幕的距离应在镜头的一倍和二倍焦距之间 C．画面经投影机镜头成的是正立放大的实像 D．投影机的镜头相当于凸透镜，对光有会聚作用，可用来矫正远视眼 【答案】D 【解析】A．屏幕上的丰富色彩是由红、绿、蓝三种色光混合而成的，故A错误； BC．投影机成的像是倒立、放大的实像，像距大于2f，即镜头到屏幕的距离应大于二倍焦距，故BC错误； D．投影机应用的是凸透镜成倒立放大的实像，镜头相当于凸透镜，对光有会聚作用，可用来矫正远视眼，故D正确。 故选D。 8．如图所示是投影仪的工作原理图。下列说法错误的是（    ） A．投影仪的镜头对光有会聚作用 B．物体在屏幕上所成的像是一个放大的实像 C．镜头到投影片之间的距离小于二倍镜头的焦距 D．若使屏幕上的像变大，应使镜头远离投影片 【答案】D 【解析】A．投影仪的镜头是凸透镜，对光有会聚作用，故A正确，不符合题意； BC．投影仪的原理是物距大于1倍焦距小于2倍焦距，成倒立放大的实像，镜头到投影片之间的距离小于二倍镜头的焦距，故BC正确，不符合题意； D．若使屏幕上的像变大，应减小物距，增大像距，所以应使镜头靠近投影片的同时投影机适当远离屏幕，故D错误，符合题意。 故选D。 9．如图甲所示，“F”字形发光物经透镜L恰好在毛玻璃光屏M上成一清晰的 （选填“放大”、“等大”或“缩小”）实像，生活中 （选填“照相机”、“放大镜”或“幻灯机”）与之成像特点相同。观察者分别处于A和B处，他在A处看到屏幕上的像的形状为 （根据图乙情况，选择正确的图形序号）。 【答案】 放大 幻灯机 ③ 【解析】[1][2]由图得，物距大于像距，此时凸透镜成的像是放大的实像，生活中幻灯机与之成像特点相同。 [3]光屏上成的像与物体左右相反，上下倒立，则他在A处看到屏幕上的像的形状为③。 10．显微镜和天文望远镜都是科学观察工具，它们在各自的领域中揭示了自然界的不同层面，推动了人类对世界认知的不断深入。如图所示为实验室用显微镜和天文望远镜，关于图中两种仪器下列说法错误的是（　　） A．显微镜的目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立放大的实像 B．天文望远镜的目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立缩小的实像 C．显微镜的目镜相当于凸透镜，物镜相当于凹透镜 D．天文望远镜的目镜和物镜都相当于凸透镜 【答案】C 【解析】AC．显微镜的目镜和物镜都是凸透镜，目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立放大的实像，故A正确，不符合题意，C错误，符合题意； BD．天文望远镜的目镜和物镜都是由凸透镜组成，目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立缩小的实像，故BD正确，不符合题意。 故选C。 11．如图甲所示是福建的天文爱好者颜明哲通过纯手工打磨镜片自制的望远镜，该望远镜不仅可以看到8亿公里外的木星，甚至能清晰地看到木星表面的斑纹，图乙是该望远镜内部结构及光路示意图。下列关于该自制望远镜的说法正确的是（　　）    A．颜明哲通过纯手工磨制的镜片是凹透镜 B．看到8亿公里外的木星只利用了光沿直线传播 C．清晰看到木星表面的斑纹时物镜的成像原理与照相机相同 D．木星到物镜的距离u满足（f为物镜的焦距） 【答案】C 【解析】A．望远镜的目镜和物镜都是由凸透镜组成，所以颜明哲通过纯手工磨制的镜片是凸透镜，故A错误； B．光线通过望远镜的凸透镜，发生了折射，故B错误； CD．望远镜的目镜相当于放大镜，成正立的放大的虚像，物镜相当于照相机，木星到物镜的距离u满足，成倒立缩小的实像，故C正确，D错误。 故选C。 12．小华利用水滴、放大镜、平面镜、透明玻璃杯和可调支架等制作了一台“水滴显微镜”（如图甲）。调节支架高度，适当调整标本、水滴和放大镜三者之间的距离实现了与图乙所示光学显微镜相似的成像效果。 （1）水滴相当于显微镜的 （选填“目镜”或“物镜”），标本经过水滴成 （选填“正立”或“倒立”）、放大的 （选填“实”或“虚”）像； （2）若要让标本放大倍数更高，可以使水滴适当 （选填“靠近”或“远离”）标本。 【答案】 物镜 倒立 实 靠近 【解析】（1）[1]从图甲可以看到，水滴靠近标本，所以水滴相当于光学显微镜中的物镜。 [2]水滴相当于显微镜的物镜，物镜有放大的作用，即标本经过水滴成倒立放大的实像。 （2）[3]若要让标本放大倍数更高，水滴相当于凸透镜，根据凸透镜的动态成像规律，物近像远像变大，则可以使水滴适当靠近标本。 板 书 设 计 3.7 眼睛与光学仪器 一、人眼的成像原理 1．结构：晶状体（凸透镜）、视网膜（光屏） 2．成像：倒立、缩小的实像 3．调节：看远→晶状体变薄；看近→晶状体变厚 二、视力缺陷与矫正 类型 成因 像的位置 矫正透镜 近视眼 晶状体太厚，折光太强 视网膜前 凹透镜 远视眼 晶状体太薄，折光太弱 视网膜后 凸透镜 三、光学仪器 1．照相机：，倒立缩小实像 2．显微镜：物镜（倒立放大实像）+ 目镜（正立放大虚像）→ 两次放大 3．望远镜：物镜（倒立缩小实像）+ 目镜（正立放大虚像）→ 拉近视角 课 堂 小 结 作业布置 1. 基础作业：完成课后同步练习； 2. 实践作业：调查家中 3 位长辈的视力情况，判断近视 / 远视，说明矫正原理； 3. 拓展任务：查阅资料，了解 “中国天眼” 的工作原理与科学成就，撰写一段 100 字左右的科普短文。 教学反思 亮点：本节课以 “眼睛 — 眼镜 — 光学仪器” 的逻辑层层递进，从生活到科技，梯度清晰；通过水透镜模拟实验直观呈现近视的成因与矫正，突破了光路抽象的难点；对比人眼与照相机、显微镜与望远镜，帮助学生建立系统的透镜应用认知；融入护眼教育与 “中国天眼” 科技拓展，兼顾知识落实、能力培养与价值引领，充分体现了物理学科的育人价值。 不足：部分学生对显微镜、望远镜的两次成像逻辑理解不深，容易混淆物镜与目镜的作用；对人眼调焦与照相机调焦的区别容易混淆；实验中部分小组的水透镜操作不规范，成像效果不够清晰。 改进：增加显微镜、望远镜的光路动画演示，分步展示两次成像的过程，深化对物镜、目镜作用的理解；补充人眼与照相机的对比专项训练，通过实例分析强化调焦原理的区别；实验前增加水透镜操作示范，明确操作要点，提升实验效果。 学科网（北京）股份有限公司2/2 学科网（北京）股份有限公司 $