苏科版八年级上册物理 4.3 凸透镜成像的规律 教案

探究凸透镜成像的规律
一、教学目标
1．知识与技能
①知道凸透镜成像的规律。
②学会“探究凸透镜成像的规律”实验的操作技能。
2．过程与方法
①通过对凸透镜成像的规律的探究，感受观察、比较、归纳的科学方法。
②通过对实验数据的记录、分析，经历归纳得出规律的过程。
3．情感、态度与价值观
①培养学生认真负责、实事求是的科学态度。
②培养学生交流合作、评价探究结果的初步能力。
二、教学重点、难点
重点　　探究凸透镜成像规律的实验过程
难点　　在探究成像规律的过程中，像与物所在范围的确定
三、教学过程
【引入新课】
师：同学们，2010年上海世博会吉祥物是什么？（海宝）我今天就带来了一个迷你版的“海宝”，老师用这个凸透镜把个海宝搬到光屏上。（按下开关让海宝发出的光照到凸透镜f=30cm上）
师：同学们，在光屏上你们看到什么？ 生：看到了倒立的海宝
师：像与物体比较，大小如何变化呢？（变大了）我们回忆一下，平面镜成的像能在光屏呈现吗？（不能）为什么呢？平面镜成的是虚像。现在我们在光屏上看到的这个倒立、放大的海宝，它也是一个像，这个像是能呈现在光屏上的，由光线实际会聚而成的，我们称之为实像。（点击鼠标）
我们把物体到凸透镜中心的距离叫物距，用表示；把像到凸透镜中心的距离叫像距，用v表示。（点击u、v图示）
师：我将海宝靠近凸透镜，请注意观察现在物距如何改变？像的大小如何变化？说完老师移动海宝（生：物距变小，像变大） （老师移动光屏）
师：从刚才的实验来看，同学们，你们猜一猜：凸透镜成的像可能跟什么因素有关呢？（学生讨论、回答）（板书 猜想：物距u）
师：同学们觉得凸透镜成像可能跟物距有关。现在我保持物距不变，换一个焦距不同的凸透镜，再来观察一下光屏上成的像的情况？（适当移动光屏）（说完老师换用另一个透镜f=15cm）
生：倒立的缩小的像
师：比较这两次实验，你们再猜一猜：凸透镜成的像还跟什么因素有关？（学生讨论、回答）
生：跟凸透镜的焦距有关 （板书焦距f）
师：这几次我们看到的像有倒立放大实像，也有倒立缩小实像，成像的情况都不一样，就说明凸透镜成像跟凸透镜的焦距、物距有关。那么凸透镜成各种不同的像时，物距、焦距要满足怎样的条件呢？今天，我们就来探究凸透镜成像的规律。（板书课题 探究凸透镜成像的规律）
【新课教学】
师：我们先介绍实验器材
桌上有这样一些实验器材：蜡烛（点燃蜡烛，用蜡烛的火焰作为物体）、火柴、凸透镜、光屏、光具座等。
同学们先认识一下光具座怎么使用，光具座上有标尺，它可以用来测量距离。上面有滑块，可以左右移动。
接着要把蜡烛固定在最左边的滑块上，会固定吗？（哪位同学介绍一下具体的方法：可以利用液态的烛蜡凝固在滑块上）
（边讲解边演示）
再依次放置凸透镜和光屏，把它们下面的金属柱直接插到滑块中间。为了使烛焰的像成在光屏中央，可以先把蜡烛、凸透镜、光屏三者靠近些，使凸透镜、光屏的中心和烛焰中心大致在同一高度上。如何调节凸透镜、光屏的高度呢？只要将金属柱向上下移动到合适的高度后，分别拧紧他们滑块侧面的螺丝，就可把它们固定在滑块上。
今天我们所用的凸透镜的焦距为10cm。
为了方便同学们测量时进行读数，我们可以将凸透镜固定在标尺中间的40cm处，即滑块上的红线对着40cm处，此时只需拧紧凸透镜滑块下面的螺丝就可将它固定在光具座上。由于光具座不是很长，只有90cm左右，所以一定要尽可能地慢慢移动，移动幅度不能太大。使烛焰从距离凸透镜较远处慢慢靠近凸透镜，移动烛焰到某个位置时，再左右移动光屏，直到光屏上出现最清晰的像时，记下此时的物距、像距，并填写在相应的表格中。
再移动一次烛焰到另一个位置时，再左右移动光屏，直到光屏上出现最清晰的像时，同一也要记下此时的物距、像距到表格中。
接下来，我们明确一下主要的探究任务：每组同学先找出三组明显不同的缩小的实像，测量此时的物距和像距，并及时记录在表格中。然后再找出三组明显不同的放大的实像，再测量此时的物距和像距，并记录在表格中。
学生分组探究
老师巡视指导部分学生在光屏上成清晰的倒立缩小、倒立放大的实像
（巡视中寻找合适数据，并提示部分学生观察烛焰靠近凸透镜时光屏上的情况）
师:实验完成好了吗？请同学们熄灭蜡烛。实验做好了，数据出来了，我们来分析分析这些，看能不能从中找出规律。大家可以先讨论讨论。
看来好像有些困难，今天我们再尝试使用图像法来帮助我们寻找规律。
现在请同学们汇报实验中测量出的数据，现在老师将你们汇报的实验数据物距、像距一一输入电脑，真实地反映实验中的成像情况。
先来汇报成缩小实像时的物距、像距，其他同学请注意观察物体与它对应的像的大小和位置。
学生汇报数据，教师输入数据（三至五位同学）
接着汇报放大实像时的物距、像距，其他同学请注意观察物体与它对应的像的大小和位置。
学生汇报数据，教师输入数据（三至五位同学）
师：同学们看，为了便于你们寻找规律，可以结合图像来观察。
看一看要满足什么条件，才能成倒立缩小实像与放大实像。同学们可以讨论讨论。
请同学们根据猜想并结合测量出的实际数据，讨论讨论物距与像距满足什么条件时成倒立缩小实像与倒立放大实像？（同样的物体在这个范围内成的是缩小的像，这个范围成的是放大的像，通过观察物距、焦距和像的大小，看看能不能发现什么规律？在什么条件可以成倒立缩小实像，什么条件下可以成倒立放大实像？同学之间可以相互讨论，有发现的同学请主动举手示意 （2f） ）
u>2f 倒立缩小实像 ？ （板书）
u<2f 倒立放大实像 ？ （板书）
在刚才的实验中，有没有不是这个数据的？我们来看一看这些数据是不是也符合这个规律？
（下面一个不符合）那请你说出什么时候不符合？（如果学生回答，请他说出什么情况 老师肯定，然后： 我们大家一起也来观察观察是不是这样的？ 学生观察后汇报此时的物距）
（都符合）问：蜡烛在逐渐凸透镜的过程中，光屏上是不是一直都能接收到像呢？
这样，请同学们将蜡烛离透镜更近一些，观察光屏上的成像情况？（学生实验）
有没有什么发现？(光屏已经接收不到像)那这时的物距是多少呢？（三个学生汇报物距）
物距在什么范围内？（u学生实验，发现u学生分组再次探究实验（把烛焰移到焦点以内）
既然光屏上没有出现像，请大家将光屏从光具座上取下来，把烛焰固定在焦点以内，请大家在原来光屏的一侧，用眼睛通过凸透镜观察烛焰，你能看到像吗？这个像是怎么样的？（非常清晰，是一个放大的像）还有吗？（正立的）
现在，哪个同学能把成虚像的情况做一个归纳。（生答）
（老师板书 u< 正立放大的虚像）
生答,老师追问那u=f呢？（学生思考一会）
平行于主光轴的光线，经凸透镜折射后会聚后于焦点。
根据光路具有可逆性，经过焦点的光线会平行于主光轴射出。（点击动画）那现在烛焰放在焦点上，将会出现什么情况？（将平行射出） 那此时光屏上会成一个清晰的像吗？（不会）
通过刚才的分析可以发现：物体位于一倍焦距以内时，物体成虚像，在焦点上不能成像。那要成放大实像时还需要再满足什么条件？（完善成放大实像的条件）
因此要成放大实像时还需要再满足u>f(补充完整)
我们再来看一看，当物体成倒立缩小实像时，像距在什么范围内？（生答）
当物体成倒立放大实像时，像距在什么范围内？（生答）
（对着课件 分析图像）同学们分析刚才的数据，在这个范围内（u>2f），物体能成倒立缩小的实像，
在这个范围（f接下来，我们通过实验来看一看是不是当u=2f时成倒立等大的实像。同学们看看是不是差不多大？同时把像距记录下来。（可以比较像与烛焰的高度）
学生实验，教师巡视发现u=v=2f的同学
学生汇报数据，得出结论 完善规律
此时的物距恰好等于两倍的焦距。有了这个两倍焦距这个点，我们就可以把缩小的像和放大的像区分开了。两倍焦距处，是物体通过凸透镜成缩小像还是放大像的分界点。
前面我们共同探讨了时，u=f不能成像；u>f时能够成实像。可见焦点（即一倍焦距）处也是一个特殊点。（对着图）焦点以内成的是虚像，焦点以外成的是实像。这说明焦点处（即一倍焦距处），也是一个分界点，它是物体成实像还是虚像的分界点。
今天我们是使用焦距为10cm的凸透镜进行了探究，以上结论，从刚才的较多的数据中分析出来的。如果换用不同的凸透镜，那情况有是怎样呢？科学家经过大量的实验，测出很多非常准确的数据，这也证明了这个凸透镜成像的规律是正确的，是具有普遍意义的规律。研究发现，凸透镜成像跟它的焦距有关，伴随着物距的改变而改变。
这些实验结论就是我们今天通过实验探究得出的凸透镜的成像规律。（课件显示成像规律）
【总结全课】
通过今天的学习，你有哪些收获？学生回答
【布置作业】
今天我们通过实验探究了凸透镜成像的规律，其实，凸透镜在我们生活还有很多的应用，同学们课后找一找凸透镜有哪些应用？
四、板书设计
4.3 探究凸透镜成像的规律
猜想：物距ｕ 焦距f
物距　　 成像情况 像距
ｕ>2 　 倒立缩小实像 ｕ=2 　 倒立等大实像 v=2
2
u= 不成像
u< 正立放大虚像
五、教学反思