4.2 探究：凸透镜成像的规律（教学设计）
【学业要求】
1.物理观念
（1）知道物距和像距
（2）理解凸透镜成像时的规律。
2.科学思维
学会观察和分析生活中有关物理知识的实例与实验现象，具有初步的观察能力、分析概括能力。
3.科学探究
通过实践和探究，让学生感觉科学就在身边。培养学生对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理的精神，树立正确的世界观和唯物主义观。
4.科学态度与责任
培养学生观察思考，勇于发现乐于探究的学习习惯，以及应用物理知识解决实际问题的能力。
【重点难点】
学习重点：学生实验探究凸透镜成像规律。
学习难点：怎样引导学生设计实验，分析实验数据，归纳总结得出规律。
【器材准备】
1.凸透镜、光具座、光屏、蜡烛、火柴等。
2.和《探究：凸透镜成像的规律》相关的视频、挂图、课件等。
【课时安排】
1课时（45分钟）
【教学过程】
一、新课引入：
如图：是中国航天员“在太空授课”的情景，航天员王亚平在空间站内，做出了水透镜。通过这个水透镜，我们看见什么？
我们看见了航天员倒立缩小的像。
我们已经知道平面镜成像的特点，那么凸透镜成像有怎样的特点呢？是否一定成倒立缩小的像？
下面，我们将通过实验来进行探究。
二、自主学习：
自主学习（一） 实验：探究凸透镜成像的规律
1.任务清单：阅读教材P89--92的内容，思考完成下列问题：
（时间：5分钟；要求：用红笔圈画重点语句。）
（1）探究凸透镜成像的规律的实验目的是什么？
（2）为了完成实验，需要哪些器材？
（3）如何在光具座上摆放蜡烛、凸透镜和光屏？
（4）实像和虚像有哪些不同？如何能看到凸透镜所成的实像和虚像？
（5）凸透镜成像时，什么是物距和像距？
（6）凸透镜成像时，如何才能使像成在光屏中央？
（7）实验中，至少需要探究凸透镜哪几种情况下的成像规律？（以比较物距和焦距关系为准）
（8）为了探究凸透镜成像规律，实验中如何依次移动点燃的蜡烛？
2.小组内互相批改，找出正确答案。然后进行释疑环节：
助学释疑一 实验：探究凸透镜成像的规律
试一试：体验凸透镜成像
活动：拿起课桌上的凸透镜，尽情的玩吧，同时思考回答下列问题：
A.你用凸透镜看远处的物体时，会看到什么？
B.你用凸透镜看近处的物体时，会看到什么？
C.你用凸透镜看物理课本上的字时，会看到什么？
▲加油站▲
1.实像和虚像
实像：由实际光线会聚形成的像，实像能在光屏上呈现。如小孔成像。
虚像：由实际光线的反向延长线会聚形成的像，它不能在光屏上呈现。如平面镜成像。
2.物距和像距
物距：物体到光心的距离简称为物距，用字母u表示。
像距：像到光心的距离简称为像距，用字母v表示。
3.实验：探究凸透镜成像的规律
（1）提出问题：
凸透镜成像时，像的虚实、倒正、大小与哪些因素有关？
（2）猜想与假设：
A.像的虚实、倒正、大小可能与物距有关？
B.像的虚实、倒正、大小可能与像距有关？
其它猜想------
（3）设计实验：（请思考并讨论下列问题）
A.用什么特殊的器材能方便的把物体、凸透镜和光屏摆放在一起？
光具座（上面带刻度尺）。
B.如何确定是虚像还是实像？
能在光屏上呈现的是实像，反之为虚像。
C.如何使像成在光屏中央？
调整烛焰、凸透镜和光屏高度，使三者的中心在同一高度。
（4）实验器材及装置图：
凸透镜（焦距已知）、光具座（带刻度尺）、蜡烛、光屏、火柴等。
（5）实验步骤：
①将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，注意三者之间的相对置。
② 点燃蜡烛，调整光屏、凸透镜、烛焰的高度，使它们的中心在同一高度。
③将蜡烛放在离凸透镜较远的位置（2倍焦距外），调整光屏位置，使烛焰经凸透镜折射后在光屏上成清晰的像，将观察到的像的情况和物距、像距等记录在表中。
④ 移动蜡烛逐渐靠近凸透镜，同时调整光屏，在烛焰经凸透镜折射后在光屏上分别成等大清晰的像、放大清晰的像时，将成像的情况和物距、像距等记录在表中。
⑤ 将蜡烛移到凸透镜焦点处，观察能否成像。再继续移动蜡烛靠近凸透镜，观察烛焰在光屏上能否成像。撤去光屏，透过凸透镜观察烛焰的像。将观察到的情况记录在表中。
⑥重复几次上面的实验操作，记录观察到的情况。
（6）实验记录表格：
（7）实验结论：
物体位于凸透镜的2倍焦距外时，成缩小、倒立的实像；
物体位于2倍焦距时，成等大、倒立的实像；
物体位于2倍焦距与1倍焦距之间时，成放大、倒立的实像；
物体位于1倍焦距时，不能成像；
物体位于1倍焦距以内时，成放大、正立的虚像。
（8）反思交流：
①实验中，怎样确定光屏上的像是清晰的？
②实像与虚像有哪些不同？
③太空授课中航天员成像时，物距与水球内焦距存在怎样的关系？
请观看实验视频：
（9）利用凸透镜的特殊光线验证成像规律：
①物体位于凸透镜的2倍焦距外时，成缩小、倒立的实像；
②物体位于2倍焦距时，成等大、倒立的实像；
③物体位于2倍焦距与1倍焦距之间时，成放大、倒立的实像；
④物体位于1倍焦距时，不能成像；
⑤物体位于1倍焦距以内时，成放大、正立的虚像。
请观看动画视频。
迷你实验：自制照相机
迷你实验：自制照相机：
人们常用照相机留存生活中的珍贵瞬间。无论是胶卷相机还是数码相机，其镜头都相当于凸透镜。使用胶卷的照相机通过镜头在照相机内部的底片上形成倒立缩小的实像。
做法：用纸板做两个可套在一起且能前后滑动的纸筒，纸筒一端固定凸透镜，即镜头；另一纸筒的一端粘贴半透膜，即底片。将镜头正对景物，前后伸缩纸筒调节成像位置，使半透膜上出现景物缩小、倒立的实像，这就是照相机成的像。
用你自制的相机给同学们“拍个照”吧！
三、自主测评：
要求：合上课本，像考试一样独立完成。（时间：5分钟；分值：100分）
1.（15分）小刚用焦距为10cm的凸透镜探究凸透镜成像的规律，当蜡烛、凸透镜、光屏三者高度如图所示时，适当调节__________的高度后便可开始实验；当蜡烛距凸透镜25cm时，移动光屏，在光屏上承接到一个清晰缩小的像，生活中的__________就是根据该成像规律制成的；把蜡烛适当靠近凸透镜，应将光屏____（选填“靠近”或“远离”）凸透镜，才能再次承接到清晰的像。
2．（15分）小明在探究凸透镜成像规律时，安装好器材，调节蜡烛、凸透镜与光屏在如图所示的位置，在光屏上得到清晰的像，则凸透镜的焦距为 _________cm。固定凸透镜位置，他将蜡烛移到15cm刻度处，为了在光屏上得到清晰的像，接下来小明应该进行的操作是 ________________；生活中应用这一规律的光学器材是 ________。
3．（20分）小芳利用如图装置“探究凸透镜成像的规律”。将蜡烛放在凸透镜左侧适当位置，调整光屏到凸透镜的距离，使烛焰在光屏上成清晰的像，分别测出物距u和像距v，实验数据如表所示。下列说法中（ ）
实验次数 1 2 3 4 5
物距u/cm 60 30 20 15 12
像距v/cm 12 15 20 30 60
①该凸透镜的焦距为20cm
②第1次实验的成像规律与照相机成像原理相同
③从第1次实验到第5次实验，成在光屏上的像越来越大
④当时，移动光屏，可在光屏上成倒立、缩小的清晰实像
A．只有①④正确 B．只有②③正确 C．只有①②正确 D．只有②③④正确
4．（多选）（20分）在“探究凸透镜成像的规律”实验中，蜡烛、焦距为10cm的凸透镜、光屏位置如图所示时，光屏上恰好呈现烛焰清晰的像。下列说法正确的是（ ）
A．投影仪就是利用这一规律成像的
B．将蜡烛放置在35cm刻度处，仅向右移动光屏，能得到清晰、倒立、放大的实像
C．若飞来一只小虫落在凸透镜上，遮住凸透镜的部分区域，则光屏上烛焰的像不再完整
D．蜡烛、凸透镜、光屏位置不动，用焦距8cm凸透镜替换该透镜，光屏上不再成清晰的像
5．（30分）小明同学利用光具座、凸透镜、蜡烛、光屏等实验器材探究凸透镜成像的规律：
（1）如图甲所示，小明将一束平行光正对凸透镜，移动光屏，直到光屏上形成一个最小最亮的光斑，该凸透镜的焦距为___________cm；
（2）实验时，把凸透镜固定在光具座50cm刻度线处，为使像成在光屏中央，应将烛焰、凸透镜和光屏三者中心调到___________；
（3）小明将蜡烛移至光具座20cm刻度线处，如图乙所示，移动光屏，直到烛焰在光屏上成清晰的像，则该像是倒立、___________的实像。生活中的___________（选填“放大镜”、“投影仪”或“照相机”）就是利用这种成像规律工作的；
（4）接着，小明保持凸透镜在光具座上的位置不动，如果仅将图乙中蜡烛和光屏的位置互换，发现光屏上仍能观察到烛焰清晰的像。这是因为在光的折射现象中，光路是___________的；
四、课堂小结：
引导学生学列本节课的思维导图：
五、板书设计：
见上面思维导图
六、教后反思：
谈谈你在本节课中：
（1）收获有哪些？
（2）需要改进的有哪些？
