第三节 神奇的“眼睛”（教学设计）物理新教材沪科版八年级全一册

该初中物理教学设计聚焦“神奇的‘眼睛’”，涵盖人眼成像原理、视力矫正及放大镜、显微镜、望远镜等透镜应用。通过古代《墨经》光学智慧与现代科技（眼镜、显微镜、“中国天眼”）情境导入，衔接凸透镜成像规律，搭建知识支架。 资料特色在于融合文化与科技，以实验探究（如“研究视力的矫正”分组实验、自制望远镜实践）培养科学探究能力，通过动态动画（人眼调焦、矫正光路）突破难点。融入“中国天眼”等科技成就渗透科学态度与责任，助力学生建立光学认知体系，为教师提供落实核心素养的系统教学资源。

第三节 神奇的“眼睛”（教学设计） 年级 八年级全一册 学科 物理 教师 课题 第三节 神奇的“眼睛” 教学 目标 物理观念 1. 理解人眼的成像原理，知晓晶状体与视网膜的光学作用，建立人眼动态成像的物理图景； 2. 掌握近视眼、远视眼的成因与矫正方法，理解透镜对光线偏折的补偿作用； 3. 了解放大镜、显微镜、望远镜的透镜应用原理，建立光学仪器的系统认知体系。 科学思维 1. 对比分析人眼与照相机的成像异同，培养模型建构与类比推理能力； 2. 通过光路图推导视力矫正的物理逻辑，辨析各类透镜仪器的成像性质； 3. 理解显微镜、望远镜的两次成像叠加逻辑，提升光路分析与综合归纳能力。 科学探究 1. 通过 “研究视力的矫正” 实验，验证凹透镜、凸透镜对视力缺陷的矫正作用； 2. 通过自制望远镜的实践活动，提升动手操作与现象分析的探究能力； 3. 能设计简单实验验证放大镜、眼镜的光学作用，培养实验设计与证据分析能力。 科学态度 与责任 1. 树立科学用眼、爱护视力的健康意识，养成良好的用眼习惯； 2. 了解 “中国天眼” 等重大光学工程成就，增强民族自豪感与科技报国的使命感； 3. 体会光学技术对人类文明的推动作用，激发探索微观世界与宇宙空间的兴趣。 教材 分析 本节是第四章《神奇的透镜》的应用拓展课时，是凸透镜成像规律在生活与科技中的综合运用。教材从人眼的成像原理切入，系统讲解人眼的结构与调焦机制、近视眼与远视眼的成因及矫正，拓展放大镜、显微镜、望远镜等光学仪器的工作原理，融入 “中国天眼” 等前沿科技成就。本节课既是对凸透镜成像规律的深化与应用，也是联系生活健康、科技发展的重要载体，将光学规律与生命健康、微观探索、宇宙观测深度结合，充分体现了 “从物理走向生活、走向社会、走向科技” 的课程理念，对学生建立完整的光学认知体系、提升科学素养具有重要意义。 学情分析 1. 知识储备：学生已掌握凸透镜成像规律，对近视眼镜、老花镜、放大镜有丰富的生活经验，但对人眼的动态调焦机制、视力缺陷的光路本质理解模糊，容易混淆近视与远视的矫正透镜类型。 2. 思维能力：学生具备初步的光路分析能力，但对显微镜、望远镜的两次成像逻辑容易混淆，对物镜与目镜的成像性质、作用容易记反；对人眼与照相机的异同辨析能力不足。 3. 学习特点：学生对视力健康、显微镜、望远镜、中国天眼等内容兴趣浓厚，但容易停留在表面认知，对原理的深层理解需要系统引导；对实验操作与科技应用的结合需要逐步渗透。 教学重点 1. 人眼的成像原理与晶状体的动态调焦机制； 2. 近视眼、远视眼的成因与矫正方法； 3. 放大镜、显微镜、望远镜的核心结构与成像原理。 教学难点 1. 理解晶状体曲度变化实现调焦的物理机制，建立人眼动态成像的物理图景； 2. 准确绘制视力矫正的光路示意图，理解透镜对光线偏折的补偿作用； 3. 辨析显微镜与望远镜的物镜、目镜成像性质差异，理解两次成像的叠加逻辑。 教学 器材 分组实验器材：凸透镜、凹透镜、近视眼镜、远视眼镜、光具座、蜡烛、光屏、刻度尺、放大镜； 演示器材：人眼结构模型、视力矫正光路演示器、显微镜模型、望远镜模型； 多媒体素材：人眼调焦动画、视力矫正光路动画、显微镜与望远镜成像视频、“中国天眼” 科普短片。 教师活动 学生活动 导入新课 【文化与科技情境引入】讲述：上古先民以肉眼观日月星辰，战国《墨经》系统论述光影成像之理；从单枚透镜的放大观物，到组合透镜的显微、望远，人类不断用光学技术突破肉眼的生理局限。 展示：矫正视力的眼镜、观察细胞的显微镜、观测宇宙的天文望远镜、“中国天眼” 射电望远镜。 提出问题：人的眼睛是如何成像的？视力缺陷为什么能用眼镜矫正？显微镜、望远镜是如何拓宽人类视野的？ 引入课题：今天我们就从人眼自身的成像原理出发，系统认识各类神奇的 “眼睛”。 感受古代光学智慧与现代科技的发展； 结合生活经验思考眼睛的成像与眼镜的作用； 对光学仪器的原理作出猜想，明确本节课的学习主题，带着探究问题进入新课。 学习新课 一、我们是如何看见物体的 1. 人眼的结构与成像原理 展示人眼结构模型，讲解各部分的光学作用： - 晶状体：相当于凸透镜，对光线有会聚作用； - 视网膜：相当于光屏，承接物体的像； - 成像原理：物体在视网膜上成倒立、缩小的实像，与照相机的成像原理相同（）。 补充：视网膜上成的是倒立的像，大脑神经会自动处理信号，让我们感觉物体是正立的。 2. 人眼的自动调焦机制 结合动画讲解： - 看远处物体：睫状体放松，晶状体变薄，焦距变大，会聚能力减弱，远处物体的像刚好成在视网膜上； - 看近处物体：睫状体收缩，晶状体变厚，焦距变小，会聚能力增强，近处物体的像也能成在视网膜上。 对比辨析：人眼与照相机的异同 - 相同点：都成倒立、缩小的实像，原理都是凸透镜成像； - 不同点：照相机通过移动镜头改变像距调焦；人眼通过改变晶状体的弯曲程度改变焦距调焦，视网膜位置不变。 拓展：长时间看近处，睫状体持续收缩疲劳，容易形成近视；老年人晶状体弹性变差，调节能力下降，形成老花眼。 3. 典例分析 讲解课件例 1，巩固人眼的调焦机制与成像性质。 认识人眼的结构，知道各部分的光学作用； 理解人眼的成像原理，知道成像的性质； 理解晶状体的动态调焦机制，对比人眼与照相机的异同； 了解近视、老花的形成原因； 完成典例练习，巩固人眼成像与调焦的知识。 学习新课 二、视力的矫正 1. 实验探究：研究近视眼镜和远视眼镜 分组实验：利用光具座、凸透镜、光屏模拟人眼成像，分别在透镜前放置近视眼镜、远视眼镜，观察像的位置变化。 2. 近视眼的成因与矫正 结合光路图讲解： - 成因：晶状体太厚，折光能力太强；或眼球前后方向太长，远处物体的像成在视网膜前方。 - 矫正：佩戴凹透镜制成的近视眼镜，利用凹透镜对光线的发散作用，使像后移到视网膜上。 3. 远视眼的成因与矫正 结合光路图讲解： - 成因：晶状体太薄，折光能力太弱；或眼球前后方向太短，近处物体的像成在视网膜后方。 - 矫正：佩戴凸透镜制成的远视眼镜（老花镜），利用凸透镜对光线的会聚作用，使像前移到视网膜上。 4. 眼镜的度数 讲解：透镜焦距的倒数叫做焦度（）；眼镜的度数等于焦度乘以 100，即 （ 单位为米）。 说明：凸透镜（远视镜片）的度数为正数，凹透镜（近视镜片）的度数为负数；度数越高，焦距越短，折光能力越强。 5. 典例分析 讲解课件例 2、例 3，巩固视力矫正的光路判断与度数计算。 6. 健康引导 组织讨论：如何保护视力？ 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，树立科学用眼、爱护视力的意识。 分组完成视力矫正实验，观察透镜对成像位置的影响； 理解近视眼、远视眼的成因与矫正原理； 能规范绘制视力矫正的光路图； 掌握眼镜度数的计算方法，理解度数与焦距的关系； 完成典例练习，巩固视力矫正的知识； 讨论护眼方法，树立科学用眼的健康意识。 学习新课 三、透镜的应用 1. 放大镜 回顾规律：放大镜是凸透镜，当 时，成正立、放大的虚像。 应用：观察微小物体，物体放在一倍焦距以内。 2. 显微镜 结合光路图讲解： - 结构：由物镜和目镜两组凸透镜组成。 - 物镜：物体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，目镜成正立、放大的虚像，相当于放大镜。 - 作用：经过两次放大，观察肉眼看不见的微小物体。 强调：最终看到的像是倒立的。 3. 望远镜 结合光路图讲解： - 结构：由物镜和目镜两组凸透镜组成。 - 物镜：远处物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，目镜成正立、放大的虚像，相当于放大镜。 - 作用：增大视角，看清远处的物体。 对比辨析：显微镜物镜焦距短、目镜焦距长；望远镜物镜焦距长、目镜焦距短。 4. 拓展：非光学望远镜与 “中国天眼” 讲解：除了光学望远镜，还有射电望远镜、红外望远镜等，捕捉肉眼不可见的电磁波信息。 介绍 “中国天眼”（FAST）：我国自主研发的世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，能够接收宇宙深处的射电信号，助力人类探索脉冲星、暗物质、地外文明等前沿课题，标志着我国在天文观测领域已跻身世界前列。 增强民族自豪感与科技报国的使命感。 5. 典例分析 讲解课件例 4，巩固望远镜、显微镜的成像原理。 理解放大镜的成像原理与使用方法； 掌握显微镜、望远镜的结构与两次成像逻辑； 能辨析物镜、目镜的成像性质与作用； 了解非光学望远镜与 “中国天眼”，感受科技成就，增强民族自豪感； 完成典例练习，巩固透镜仪器的原理。 课 堂 练 习 1．现代生活，智能手机给人们带来了许多便利，但长时间盯着手机屏幕，容易导致视力下降。下列关于近视眼及其矫正的原理图正确的是（     ） A．甲乙 B．甲丁 C．丙乙 D．丙丁 【答案】A 【解析】甲图平行光会聚在视网膜前方，为近视眼成因；乙图佩戴凹透镜使光线发散后会聚在视网膜上，为近视眼矫正；丙图光线会聚在视网膜后方，为远视眼成因；丁图佩戴凸透镜使光线会聚在视网膜上，为远视眼矫正。近视眼及其矫正的原理图分别对应甲乙。 故选A。 2．关于望远镜，下列说法错误的是（　　） A．望远镜由目镜和物镜两部分组成 B．望远镜的目镜焦距长，物镜焦距短 C．望远镜用来观察远处的物体 D．望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之比 【答案】B 【解析】A．望远镜由目镜和物镜两部分组成，望远镜是由两组透镜组成，物镜成缩小的实像，目镜成放大的虚像，故A正确，不符合题意； B．望远镜的物镜焦距长，目镜焦距短，是为了使像放大更大的倍数，故B错误，符合题意； C．望远镜用来观察远处物体的光学仪器，目镜和物镜都是凸透镜，故C正确，不符合题意； D．靠近眼睛的透镜叫作目镜，靠近被观测物体的透镜叫作物镜，望远镜的放大倍率为物镜的焦距与目镜的焦距之比，故D正确，不符合题意。 故选B。 3．在初中物理的学习中，我们经常提到的“像”有：①小孔成像；②平面镜成像；③放大镜成像；④投影仪在屏幕上成的像；⑤照相机在胶片上成的像。下列关于上述“像”的说法正确的是（　　） A．属于实像的是①③④ B．属于虚像的是②③④ C．由光的反射形成的像是①② D．由光的折射形成的像是③④⑤ 【答案】D 【解析】①小孔成像是由光的直线传播形成的实像； ②平面镜成像是由光的反射形成的虚像； ③放大镜成像属于凸透镜成像，是由光的折射形成的虚像； ④投影仪在屏幕上成的像，属于凸透镜成像，是由光的折射形成的实像； ⑤照相机在胶片上成的像，属于凸透镜成像，是由光的折射形成的实像； 其中，属于实像的是①④⑤，属于虚像的是②③，由于反射而成的像是②，由于折射而成的像是③④⑤，故D正确，ABC错误。 故选D。 4．如图所示的是人的眼球结构图，正常人的眼睛通过对晶状体的调节，可以看清近处和远处的物体。利用所学的物理知识回答下列问题： （1）人眼球的工作原理类似于_____（选填“照相机”、“幻灯机”或“放大镜”）； （2）视网膜相当于___（选填“光源”、“凸透镜”或“光屏”）； （3）人在看物体时，视网膜上成的是______ （填写像的性质）的实像。 【答案】（1）照相机；（2）光屏；（3）倒立、缩小 【解析】（1）人眼球的晶状体相当于凸透镜，物体在2倍焦距以外时，成倒立、缩小的实像，这和照相机的工作原理一致，所以人眼球的工作原理类似于照相机。 （2）视网膜的作用是承接晶状体所成的像，这和照相机里的光屏作用相同，所以视网膜相当于光屏。 （3）人看物体时，物体到晶状体的距离（物距）大于2倍焦距，根据凸透镜成像规律，此时会成倒立、缩小的实像。 5．物理课上老师指导同学们自制望远镜，望远镜的目镜的作用相当于一个_______，若物镜焦距为10cm，目镜焦距为5cm，则放大倍率为_______倍。 【答案】 放大镜 2 【解析】[1]望远镜的目镜焦距较短，其作用相当于一个放大镜，物镜的焦距较长，先将远处的物体成一个倒立、缩小的实像，这个实像正好落在目镜的一倍焦距以内，目镜再将这个实像放大，形成正立、放大的虚像，从而让我们看清远处的物体。 [2]望远镜的放大倍率等于物镜焦距与目镜焦距的比值，因此放大倍率为倍。 6．用显微镜观察物体时，物镜对物体所成的像是一个放大的________（填“虚”或“实”）像，道理就像________的镜头成像一样，目镜的作用则像一个________。（后面的两个空选填“照相机”“投影仪”“放大镜”） 【答案】 实 投影仪 放大镜 【解析】[1][2]显微镜的物镜相当于一个凸透镜，物体位于物镜的一倍焦距和二倍焦距之间（即f<u<2f）。根据凸透镜成像规律，此时物镜成倒立、放大的实像。投影仪或幻灯机的工作原理是：物体位于投影仪(幻灯机)的一倍焦距和二倍焦距之间时，在屏幕上成倒立、放大的实像。这与显微镜物镜的成像原理相同。 [3]显微镜的目镜也相当于一个凸透镜，物镜所成的实像位于目镜的一倍焦距以内（即u<f）。根据凸透镜成像规律，此时目镜成正立、放大的虚像，其作用类似于放大镜。 7．老花镜是矫正_______的，它的度数等于焦距的倒数乘以100。小明爷爷眼镜的度数是200度，那么该眼镜镜片的焦距是_________m。眼镜度数越高，焦距越________（选填“大”或“小”）。 【答案】 远视眼 0.5 小 【解析】[1]老花镜是凸透镜，可用于矫正远视眼； [2][3]由题意可知，眼镜的度数与它的焦距之间的关系为，故可知度数度时，； 由可知，眼镜度数越高，焦距越小。 8．在探究近视眼的矫正课外实验中：调整烛焰（模拟远处的物体）、水凸透镜（模拟晶状体，与注射器相连，其凸起程度可通过注射器注入或抽出水来调节）、光屏（模拟视网膜）在光具座上的位置。 （1）如图所示，此时在光屏上得到了烛焰清晰的像，该像是倒立、缩小的实像，如果把蜡烛和光屏位置对调，则成______、______的实像。 （2）向水凸透镜内______（选填“注入”或“抽出”）适量的水来模拟近视眼，发现光屏上原来清晰的像变模糊了。若将光屏向靠近透镜的方向移动适当距离，再次得到清晰的像。说明近视眼将远处的物体成像在视网膜______（选填“前”或“后”）。若光屏不移动，在烛焰和水凸透镜间加一个焦距合适的凹透镜，光屏上也能得到清晰的像。说明近视眼镜是______透镜。 【答案】（1）倒立 放大；（2）注入 前 凹 【解析】（1）[1][2]此时在光屏上得到了倒立、缩小的实像，如果把蜡烛和光屏位置对调，根据光路的可逆性则成倒立、放大的实像。 （2）[1][2][3]根据近视眼的成因，向水凸透镜内注入水，凸透镜变厚，此时凸透镜对光的会聚作用变强，像将成在光屏之前，即近视眼将远处的物体成像在视网膜之前。要使像能成在原来光屏的位置，可以在烛焰和水凸透镜间加一个焦距合适的凹透镜，光屏上也能得到清晰的像，说明近视眼镜是凹透镜。 9．在“探究凸透镜成像的规律”实验中。 （1）将一束平行光正对着凸透镜，移动光屏直到在光屏上得到一个最小、最亮的光斑，如图甲所示，则该凸透镜的焦距为______cm； （2）如图乙所示，在光屏上得到一个清晰的像，该像是倒立、______（选填“放大”、“缩小”或“等大”）的实像； （3）现将蜡烛向左移动一小段距离，发现光屏上的像变模糊。为使像重新变清晰，可以只将光屏向______移动，或者在不移动光屏的情况下在烛焰和凸透镜之间放置一个合适的______（选填“近视”或“远视”）眼镜的镜片； （4）某同学发现家中的半瓶矿泉水标签背面印有产品信息，现象如图丙所示，其物理原理是______。 【答案】（1）10.0；（2）缩小；（3）左 近视；（4）放大镜原理 【解析】（1）平行光正对凸透镜，会聚在焦点，光屏上最小最亮的光斑位置就是焦点的位置，焦点到凸透镜光心的距离即为焦距，由图甲中刻度尺分度值为1cm，光屏在40.0cm位置，凸透镜在30.0cm位置，则焦距 （2）图乙中，物距 像距 则物距大于像距，且，由凸透镜成像规律可知，此时在光屏上成倒立、缩小的实像。 （3）[1][2]蜡烛左移使得物距增大，像距减小，那么像会成在光屏原来位置的左侧。所以要使像重新清晰有两种方法：① 光屏向左移动靠近透镜；② 若不移动光屏，需要让光线晚一点会聚，即降低透的会聚能力，可在蜡烛和凸透镜之间加一个凹透镜，即近视眼镜。 （4）如图观察到瓶子上的字为正立、放大的虚像，装有水的瓶子相当于一个凸透镜，与放大镜原理类似。 10．跨学科实践 制作望远镜 【项目提出】根据所学的凸透镜成像知识，制作一个望远镜、提高自己的动手能力，达到学以致用的目的。 【项目分析】制作望远镜，需要完成以下任务： 1.了解望远镜的基本原理。 2.设计一个望远镜，能够用它观察校园内远处的物体。 3.根据你的设计方案，选用合适的器材，制作一个望远镜并进行调试。 【项目实施】 1.了解望远镜的基本原理 …… 2.设计简易望远镜 （1）确定望远镜的放大倍率 （2）选择物镜和目镜 3.制作和调试望远镜 …… 【展示交流】展示交流环节，小组同学提出了下列问题；请你解答： （1）小组同学选用两组凸透镜制作望远镜，在选用目镜和物镜的时候，有如图所示的A、B两类透镜，小组同学应该选用图中的_____类透镜。 （2）在物镜和目镜的选择上，物镜的直径应该比目镜的直径_______（选填“大”“小”或“相等”）。 （3）物镜的作用是在焦点附近成一个倒立的、缩小的_______（选填“实”或“虚”）像。 （4）小组制作的望远镜两个镜筒之间缝隙过大，出现了漏光现象，请你想办法解决：________。 【答案】（1）B；（2）大；（3）实；（4）使用硅胶来填补缝隙 【解析】（1）由图，A透镜对光线具有发声作用，为凹透镜；B透镜对光线具有会聚作用，为凸透镜，则小组同学应该选用图中的B类透镜。 （2）为了会聚更多的光，提高望远镜的分辨率和集光力，物镜的直径通常比目镜的直径大。 （3）物体通过物镜成像时，物距远大于2f，物镜的作用是在焦点附近成一个倒立的、缩小的实像。 （4）小组制作的望远镜两个镜筒之间缝隙过大，出现了漏光现象，可以考虑使用硅胶、橡胶垫圈或者专门的光学密封材料来填补缝隙，这些材料可以帮助防止光线从缝隙中泄漏出来。 板 书 设 计 第三节 神奇的 “眼睛” 一、人眼的成像 1．结构：晶状体 = 凸透镜，视网膜 = 光屏 2．成像：倒立、缩小的实像（），与照相机原理相同 3．调焦： 看远处：晶状体变薄，焦距变大；看近处：晶状体变厚，焦距变小。 二、视力的矫正 类型 成因 矫正透镜 作用 近视眼 晶状体太厚/眼球太长，像成在视网膜前 凹透镜 发散光线，像后移 远视眼 晶状体太薄/眼球太短，像成在视网膜后 凸透镜 会聚光线，像前移 度数公式：（ 单位：米） 三、透镜的应用 1．放大镜：，正立、放大、虚像 2．显微镜：物镜（倒立放大实像，投影仪）+ 目镜（正立放大虚像，放大镜） 3．望远镜：物镜（倒立缩小实像，照相机）+ 目镜（正立放大虚像，放大镜） 4．中国天眼：射电望远镜，世界最大单口径 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：利用家中的放大镜、老花镜，观察它们的成像特点，写出观察记录； 3. 拓展作业：查阅资料，了解 “中国天眼” 的最新科研成果，撰写一段科普短文。 教学反思 亮点：本节课以 “眼睛” 为核心线索，从人眼的自然结构到视力矫正的健康应用，再到拓展人类视野的光学仪器与大国重器，层层递进，兼具生命健康、科学原理与科技价值；通过实验探究、光路分析、对比辨析的方式，突破了视力矫正、两次成像的理解难点；融入 “中国天眼” 等科技成就，落实了科学态度与责任的培养，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容易混淆，对物镜与目镜的作用容易记反；对人眼调焦的动态过程理解不深入，容易机械记忆结论；对光路图的绘制规范性不足，尤其是矫正光路的虚实线、光线方向容易出错。 改进：增加显微镜、望远镜的分步光路动画，通过 “第一次成像 — 第二次成像” 的连续演示，突破两次成像的逻辑难点；补充人眼调焦的动态模拟，直观展示晶状体厚度与焦距的变化；增加光路作图的专项训练，通过分步示范、错例点评，提升作图的规范性与光路分析能力。 学科网（北京）股份有限公司2/2 学科网（北京）股份有限公司 $