《学生实验：探究凸透镜成像》
教材分析
本节内容是本章的核心，它是学生在学习第1节“透镜”，对生活中常用的透镜及对其成像情况获得丰富、具体的感性认识的基础上，带着问题，用探究的方法研究本节的内容。本节的主要内容，就是让学生通过科学探究的活动，找出凸透镜成像的规律，使学生在全过程中自主探究，体验科学探究的全过程，从而激发学生探究成像规律的兴趣，使学生能够体验科学探究的过程与方法。新教材以探究凸透镜成像情况与物距关系有关为主线，安排了学生“提出问题、猜想、设计实验、进行实验、分析与结论”等教学过程，让学生经历产生兴趣、发现问题、激发矛盾、进一步解决问题的过程。很好地体现了新教材让学生在体验知识的形成、发展过程中，主动获取知识的精神。活教材这样处理，体现了课标“从生活走向物理，从物理走向社会”的思想。这样加深学生对凸透镜规律，又让学生运用所学知识，分析生活中的透镜的成像原理。教材这样处理，体现了课标“从生活走向物理，从物理走向社会”的思想。
教学目标
1.知识与技能：
（1）理解凸透镜成像的规律，知道凸透镜所成像的正倒、大小、虚实与物距的关系。
（2）学会运用凸透镜成像规律解释一些简单的现象。
2.过程与方法：
（1）能在探究活动中，初步获得提出问题的能力。
（2）通过对凸透镜成像现象的观察分析，总结出凸透镜成像规律，并用列表的方法归纳出凸透镜成放大或缩小、正立或倒立、实像或虚像的条件.培养从物理现象中归纳科学规律的方法。
3.情感态度和价值观：
（1）通过探究性学习活动，获得成功的愉悦。
（2）养成学生积极主动地与他人交流、合作的学习习惯。
（3）养成对科学的求知欲，初步建立将科学技术应用于实际的意识。
教学重难点
重点：组织指导学生完成实验探究凸透镜成像的规律。
难点：引导学生设计实验，分析数据，归纳总结，得出规律。利用凸透镜成像规律解释生活中的现象。
课前准备
凸透镜（焦距10cm、5cm各一个）、光屏、蜡烛、光具座、火柴、玻璃球、多媒体课件。
教学过程
一、复习旧课
透镜分为几种？它们对光线分别起什么作用？
凸透镜：中间厚，边缘薄的透镜。
凸透镜对光线起会聚作用，也叫会聚透镜；
凹透镜：中间薄，边缘厚的透镜。
凹透镜对光线起发散作用，也叫发散透镜。
二、激发学习动机
放大镜能把小小的物体放大，使我们看清楚它们，所成的像是正立、放大的.你们想进一步了解它们吗？想了解什么？
［1］凸透镜在什么条件下成正立的像，什么情况下成倒立的像？
［2］什么情况下成放大的像，什么情况成缩小的像?
［3］什么情况下用光屏能收到像，什么情况下在光屏上不成像？
［4］什么条件下像与物在凸透镜两侧，什么条件下在同侧？
［师］同学们提出这么多问题，说明同学们认真思考了，这样非常好，既然提出问题，我们就要解决它.现在，我们就根据上节学的知识大胆猜测，通过实验和探究活动来解决.
讲授新知识
凸透镜成像的规律
［生甲］照相时物体到凸透镜的距离比投影仪上胶片到凸透镜的距离大，看来像是放大还是缩小的与物体到凸透镜的距离有关.
［生乙］照相时底片到凸透镜的距离比投影仪的屏幕到凸透镜的距离小，看来像是放大还是缩小的与像到凸透镜的距离有关.
［生丁］照相机中镜头的凸透镜比投影仪镜头小，看来像是放大还是缩小的与凸透镜的大小有关.
［生戊］照相机和投影仪的物体和像在凸透镜的两侧，放大镜的像与物体在同侧.这说明像成倒立和正立与像和物在同侧还是两侧有关系.
［生己］放大镜要看清物体，离物体的距离一般要比照相机、投影仪中凸透镜离物体的距离小，说明物体成正立、倒立的像与物体到凸透镜的距离有关.
［师］同学们猜想得很好.现在逐一讨论看看有没有哪个能排除掉.
［生甲］像是放大还是缩小与凸透镜的大小有关，可以排除.因为有的放大镜直径比照相机镜头直径小，也能成放大像，再有摄影师拿大焦距的镜头比投影的镜头大，成的像还是缩小的，所以可以排除掉.
［师］他说的很好.我们鼓掌表示鼓励.现在我们设计实验来验证上面的猜想是否正确.
［学生们讨论，制定实验方案，教师巡回指导］
［师］现在我们桌子上有光具座（上面的座可以插蜡烛、光屏、透镜，能来回移动，从刻度尺上能观察出它们之间的距离关系）、蜡烛（做物体用）、光屏（白色的硬纸板作屏）、凸透镜（焦距在10~20 cm之间），先测出凸透镜的焦距.
［生甲］让凸透镜在阳光下来回移动，找着最小、最亮的点，用刻度尺量出亮点与凸透镜的距离，这就是这个凸透镜的焦距.
［生乙］也可以让凸透镜离灯光5 m以外，找亮点，测定出凸透镜的焦距.
［师］好，现在测凸透镜的焦距.
学生们测出焦距，开始进行探究实验.
方案一：
①把透镜放在光具座标尺中央，从透镜的位置开始在左右两边的标尺上用粉笔标出等于焦距和2倍焦距的位置.
②点燃蜡烛，调整它们的高度，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度.
③把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置上，调整光屏到透镜的距离，使烛焰在屏上成一个清晰的像，观察像的大小、正倒，测出蜡烛与凸透镜、凸透镜与光屏间的距离.把数据记录成表.
④继续把蜡烛向凸透镜靠近，观察像的变化是放大还是缩小，是正立还是倒立，蜡烛与凸透镜、凸透镜与光屏的距离测出，将数据记录成表.
⑤当蜡烛到一定位置上时，光屏没有像，用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像，把蜡烛与凸透镜、像与凸透镜的距离，像是放大还是缩小的，像的正倒，填入表格.
方案二：
①把透镜放在桌子中央，把蜡烛、光屏放在其两侧，刻度尺放在桌子上，如课本图5.3—2所示.
②点燃蜡烛，调整它们的高度，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度.
③移动蜡烛，调整光屏到透镜的距离，使烛焰在屏上成一个清晰的像，观察像的大小、正倒、测出蜡烛与凸透镜、光屏与凸透镜的距离.把数据记入表格.
④继续把蜡烛向凸透镜靠近，观察像的变化，是放大、等大还是缩小，是正立还是倒立，将蜡烛与凸透镜的距离，光屏与凸透镜的距离数据记入表格.
⑤当蜡烛移到透镜的焦点时，在光屏上看不到蜡烛的像，继续把蜡烛向凸透镜靠近，这时在光屏上看不到蜡烛的像，拿去光屏，用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像.把蜡烛与凸透镜的距离，像与凸透镜的距离，像是放大还是缩小、正立还是倒立的填入表格.
［师］同学们的方案都可行，现在用桌子上的仪器进行实验，并记下结果，总结凸透镜成像的规律.
实验探究
【提出问题】凸透镜成像的正倒、大小、虚实跟物距有什么关系呢？
【猜想】聆听学生猜想，对学生的猜想做出评价。
猜想的正确与否需要实验进行证明，下面我们共同设计实验，证明猜想是否正确。
【实验器材】实验装置如下图所示，器材主要有光具座、蜡烛、凸透镜、光屏等。
【引导思考】如何利用所给器材探究凸透镜成像的正倒、大小、虚实跟物距的关系呢？请说出你的实验设计方案。
【引导点拨】本次探究，我们将要面临的问题都有哪些呢？请大家讨论并分析。
1.如何保证蜡烛的像成在光屏的中央？
【演示1】调节烛焰、凸透镜和光屏的中心大致在同一高度，并要求学生调节。
2.如何找到像的位置？
【演示2】
（1）点燃蜡烛，移动光屏找到蜡烛烛焰清晰的像确定像的位置，并要求学生找到像的位置。
（2）移近蜡烛，取下光屏，直接用眼透过凸透镜观察虚像，并要求学生观察虚像。
3.如何能更加方便的测出物距和像距？
【演示3】将凸透镜固定在光具座标尺的50cm处，调节蜡烛和光屏改变物距和像距。引导学生口算出物距、像距的大小。
4.实验过程中应记录哪些现象和数据？请同学们设计一个表格记录实验数据？
【指导】针对学生设计的实验记录表格进行删减和补充，并强调设计实验记录表格的注意事项：
（1）实验记录表格应有表头，能体现出所有需要记录的数据、现象以及实验次数。
（2）实验记录表格中有关测量的数据应标明单位。
【温馨提示】
1.改变物距时，可使蜡烛由远及近逐渐靠近凸透镜来改变物距。
2.为使实验结论更全面，更具普遍性，请同学们在规定的时间内，尽可能多的观察物距不同时的成像情况，且使蜡烛在凸透镜前的位置分布均匀一些。
3.观察u=10cm，u=20cm时的成像情况，并将物距、像距及成像性质记录在表格中。
【进行实验】下面请同学们使蜡烛位于凸透镜前的不同位置，调节光屏分别找到像，观察像的性质，并将对应的物距、像距及像的正倒、大小、虚实分别记录在实验数据记录表格内。
【收集数据】
1.在实验过程中，你都观察到了哪些不同正倒、大小、虚实的像？
2.当成像的正倒、大小、虚实不同时，所对应的物距、像距分别是多少？
将学生列出的成像的正倒、大小、虚实以及所对应的物距、像距的大小输入电脑，通过大屏幕展示。（收集数据表格见附件2）
【点拨引导】由收集的数据可知，物距大小在一定的范围内成像的性质相同，在不同范围内成像的性质不同，如何界定物距大小的范围呢？物理学中，通常以凸透镜的焦距（f）为参考标准，比较物距和焦距的大小关系，界定物距的范围。
【数据分析】同学们实验所用凸透镜的焦距为10cm(f=10cm)请同学分析收集的实验数据，比较物距（u）与焦距(f)的大小关系，回答下列问题：
1.分析实验数据10、11、12，物距（u）与焦距(f)有怎样的大小关系，能得出怎样的规律？
2.分析实验数据13、14、15，物距（u）与焦距(f)有怎样的大小关系，能得出怎样的规律，像和物位于凸透镜同侧还是异侧？
3.分析实验数据4、5、6，物距（u）与焦距(f)有怎样的大小关系，能得出怎样的规律，像和物位于凸透镜同侧还是异侧？
4.分析实验数据1、2、3，物距（u）与焦距(f)有怎样的大小关系，能得出怎样的规律，像和物位于凸透镜同侧还是异侧？
5.分析实验数据7、8、9，物距（u）与焦距(f)有怎样的大小关系，能得出怎样的规律，像和物位于凸透镜同侧还是异侧？
6.分析物距处于不同焦距范围内的像距（v）与焦距的大小有怎样的关系？
【设疑】焦距不同的凸透镜成像的规律都一样么？
【演示实验】取焦距为5cm的凸透镜，演示u＞2f、u=2f 、f＜u＜2f、u=f、u＜f时成像性质及像距与焦距的关系。
四、运用巩固
【想想议议】根据凸透镜成像规律分析归纳，交流讨论回答下列问题：
1.像的正倒：凸透镜在什么条件下成正立的像，在什么条件下成倒立的像？
u＞f时成倒立像，u＜f成正立像，所以焦点是正立像和倒立像的分界点。
2.像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像？在什么条件下成虚像？ 成实像时，实像有怎样的共同特点；成虚像时，虚像有什么共同特点？
u＞f时成实像，u＜f成虚像，所以焦点是实像和虚像的分界点，实像都是倒立的在异侧，虚像都是正立的在同侧。
3.像的大小：凸透镜在什么条件下成放大的像？什么条件下成缩小的像？
u＞2f时成缩小像，u＜2f时成放大像，所以2f是成放大像与缩小像的分界点。
五、检查评价
凸透镜成像变化规律：
（1）u＞f成实像时，物体逐渐靠近凸透镜，像的大小和像距的大小怎么变？
（1） u＞f成实像时，物距减小，像距变大，像变大；
（2）u＜f成虚像时，物体逐渐靠近凸透镜，像的大小和像距的大小怎么变？
（2）u＜f成虚像时，物距减小，像距减小，像变小。
【实验演示】演示u＜f时，物体靠近凸透镜，像的大小及像距大小的变化。
5.应用：依据照相机、投影仪、放大镜各自成像的特点，分析它们各是根据怎样的原理工作的？
u＞2f，照相机；f＜u＜2f, 投影仪；u＜f，放大镜
间隔性复习
在后面的教学安排中进行此环节。
教学反思
大家这节课的收获确实不少，我们共同学习了透镜成像的光路分析，并巩固学习了凸透镜成像规律的综合应用.请同学们在课后通过上网查阅资料了解更多关于凸透镜的应用。本课时的目的是深入了解凸透镜成像规律的实验，并掌握凸透镜成像的光路图.在实验过程中，交流讨论是探究的重要环节之一，要求学生能用自己的语言描述结论，还要能认真听取别人的观点，汲取正确有益之处.关于凹透镜的结构、性能、成像规律等内容，可以通过相关实验和阅读让学生认识.可以让学生通过实验，对凹透镜成像特点有感性认识。
在学习“凸透镜成像规律的综合应用”时，教师要突出从生活中或以往的经验引入，引导学生从具体事例中提出关键问题，对于凸透镜成像规律的理解，教师要注意不要让学生死记硬背，而应结合凸透镜在生活中的应用如照相机、投影仪、放大镜的使用方法和结构特点去巧记，让理论联系实际，从而强化学生运用物理知识解决实际问题的意识。
课件20张PPT。透镜分为几种？它们对光线分别起什么作用？复习旧课凸透镜：中间厚，边缘薄的透镜。
凸透镜对光线起会聚作用，也叫会聚透镜；
凹透镜：中间薄，边缘厚的透镜。
凹透镜对光线起发散作用，也叫发散透镜。
激发学习动机观察凸透镜成像 （1）手持凸透镜，缓慢从桌面书本移向眼睛。 （2）把放大镜正对着
窗户外，并且在放大镜
另一侧比较靠近的位置前后移动光屏，观察是否能在光屏上找到窗外景物的像？ 你看到了什么？ 有多少种不同的情况？思考：讲授新知识探究凸透镜成像的规律1．探究问题： 像的虚、实，大、小，正、倒跟物距有什么关系呢？2．实验方案：（1）实验器材： 凸透镜、蜡烛、光屏、火柴、光具座凸透镜成像的大小、正倒和虚实跟哪些因素有关呢？（2）两个物理名词及实验前的调节：烛焰、透镜、光屏
三者的中心处于同
一水平高度。 （1）实验步骤 ①组装实验装置，将烛焰中心、凸透镜中心和光屏中心调整到同一高度。
②将凸透镜固定在光具座中间某刻度处，把蜡烛放在较远处，使物距u＞2f，调整光屏到凸透镜的距离，使烛焰在光屏上成清晰的实像。观察实像的大小和正倒。记录物距u和像距v。
③把蜡烛向凸透镜移近，改变物距u，仍使u＞2f，仿照步骤 ② 再做2次实验，分别观察实像的大小和正倒。记录物距u和像距v。 ④把蜡烛向凸透镜移近，改变物距u，使f＜u＜2f，调整光屏到凸透镜的距离，使烛焰在光屏上成清晰的实像。观察实像的大小和正倒。记录物距u和像距v。
⑤把蜡烛向凸透镜移近，改变物距u，使f＜u＜2f，仿照步骤④ 再做2次试验，分别观察实像的大小和正倒。记录物距u和像距v。
⑥把蜡烛向凸透镜移近，改变物距u，使u＜f，在光屏上不能得到蜡烛的像，此时成虚像，应从光屏这侧向透镜里观察蜡烛的像，观察虚像的大小和正倒。运用巩固（2）探究实验记录表
凸透镜焦距f＝ cm分析表中的记录，找出凸透镜成像的规律分析与论证（1）像的虚实：
凸透镜在什么条件下成实像？在什么条件下成虚像？ u＞f 时成实像，u＜f 时成虚像。
(一倍焦距点分虚实 )（2）像的大小：思考：难道实像只有放大和缩小两种情况？ 动画演示： 当u＝v＝2f 时成等大的实像。
二倍焦距点分大小。（没有缩小的虚像。 ）凸透镜成像规律表一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小．
物远像近像变小，物近像远像变大．f < v < 2fv>2f像、物同侧倒立缩小实像照相机倒立放大实像幻灯机正立放大虚像放大镜作图推导凸透镜成像规律物体在二倍焦距之外倒立 缩小 实像
像在一倍焦距和二倍焦距之间讲授新知识物体在二倍焦距之内倒立 放大 实像
像在二倍焦距外物体在一倍焦距之内正立 放大 虚像
像与物体同侧课堂训练1．物体到凸透镜的距离大于二倍焦距时，成_____、
_____的_____像；物体向焦点逐渐靠近时，像到凸透
镜的距离将逐渐_____，像也______．
2．凸透镜成像时，实像和虚像的分界点是物体在
____________处，成放大像和缩小像的分界点是物
体在___________处．把物体放在______处不成像倒立缩小实增大增大一倍焦距两倍焦距焦点3.某物体放在离凸透镜20cm处，无论怎样移动光屏，光屏上始终得不到像，则该凸透镜的焦距可能是（ ）
A.30 cm B.15 cm
C.10 cm D.5 cmA4.如图,凸透镜到物体的距离为8cm ,则该凸透镜的焦距可能是( )
A.10cm B.8cm
C.5cm D.3cmA5.用镜头焦距不变的照相机给某同学拍照时，底片上成一清晰的半身像，现要改拍全身像，则应该（?? ）
A.照相机远离该同学，镜头向前调节?????
B.照相机远离该同学，镜头向后调节
C.照相机靠近该同学，镜头向前调节?????
D.可能是正立等大的虚像 B6. （1）如图所示，把点燃的蜡烛放在___处，光屏上出现缩小的像，把点燃的蜡烛放在_____处，光屏上出现放大的像；放在_____处时，光屏上不会成像。
（2）在物距不断减小的过程中，像距不断_____，像的大小不断______；当物距小于_________时，无论怎样移动光屏，都不能在光屏上得到烛焰的像。
?ACD增大变大一倍焦距课堂小结：1．凸透镜成像的规律是什么？
2．你得到这个规律用的是什么方法？
