4.5科学探究：凸透镜成像

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§4.1科学探究：凸透镜成像规律
【教学目标】
1、知识与技能
（1）认识凸透镜和凹透镜
（2）知道物距、像距的概念；
（3）初步理解凸透镜成像规律
2、过程与方法
（1）能从所学的物理知识中联系到现实生活的物品，如近视镜等
（2）通过探究凸透镜成像规律的过程，体验科学探究的主要过程与方法；
（3）学习从物理现象中归纳科学规律的方法。
3、情感态度与价值观
（1）乐于参与观察、实验、制作等科学实践；
（2）具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。
【教学重点】 通过实验探究凸透镜成像规律的过程
【教学难点】 通过数据分析获得凸透镜成像的规律
【教学用具】
教师：光具座、蜡烛、火柴、凸透镜、白屏、计算机
学生：光具座、蜡烛、火柴、白屏、 焦距为10cm、15cm的凸透镜、报告纸
【教学课时】2课时
【教材分析】
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。新教材这样处理，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。
【学情分析】
学生对生活中常用的凸透镜及其成像情况已获得丰富、具体的感性认识，为本节课题的探究奠定了体验基础
【方法手段】
本节课是初中学生在物理学习过程中第一次进行全过程探究，本节课需要两个课时，第1课时重点在于培养学生猜想能力与设计实验的能力，学生猜想时一般不懂怎样去猜想，有时猜想与提出的问题毫无关联，所以我们关键应该引导学生怎样去猜想，在教学中创设合理猜想情景，并且引导学生知道猜想要有猜想的理由，不能胡乱猜想。设计实验是探究的一个重要环节，所以我们要引导学生进行设计实验，让学生明白实验研究什么和怎样去研究，实验时应该观察什么、测量什么、记录什么？第二课时的重点放在培养学生对实验数据的分析和论证的能力方面，教师引导学生分析表格数据进行简单的比较，分析它们的相同点与不同点，让学生进行简单的因果推理，让学生以书面或口头表述自己的观点，最后教师归纳总结，这样让学生经历从物理现象和实验归纳科学规律的过程，培养了学生的处理信息的能力、分析概括的能力，从而提高了学生的科学素养。
【教学过程】
引言
生活中我们知道通过放大镜可以看到放大物体，通过望远镜可以看清远处的物体。放大镜和望远镜的镜片都是凸透镜。
一、凸透镜和凹透镜
1、凸透镜
（1）定义 中间较厚边缘薄的透镜叫凸透镜
（2）分类 平凸、双凸、凹凸
平行光通过凸透镜后将会聚于一点，所以凸透镜对光具有会聚作用，又称会聚透镜，可以书本p68图4-40.
（3）对光具有会聚作用
2、凹透镜
（1）定义 中间较薄边缘厚的透镜叫凹透镜
看书本p70 4-48
（2）特点 凹透镜对光有发散作用，所以又叫做发散透镜
注：如何区分凸透镜和凹透镜
1、用手摸透镜，中间较厚边缘薄的透镜是凸透镜，反之为凹透镜
2、让一束平行光通过透镜后能在光屏上会聚一点的为凸透镜，反之为凹透镜
3、用透镜看报纸，如果字放大则说明是凸透镜，字变小为凹透镜。
2、凸透镜成像规律的几个基本概念
（1）、主光轴
（2）、光心
（3）、焦点：平行于主光轴的光通过凸透镜后会聚的点称为焦点（用F表示英文为 focus）
（4）、焦距：焦点到光心的距离（用f表示 英文为 focal length）
注：
如何测凸透镜的焦距：
（1）利用太阳光：让凸透镜正对太阳光，在凸透镜的另一侧找到一个最亮、最小的点，这一点就是焦点，用刻度尺量出焦点到光心的距离就是焦距。
（2）利用凸透镜成像的特点：依次把蜡烛、凸透镜、光屏放在同一高度，移动蜡烛和光屏，直到在光屏上得到清晰、倒立、等大的实像，再量出光屏到光心的距离除以2，就得到凸透镜的焦距。
二、探究凸透镜成像规律
（一）引入小实验
师：我们来做一个小实验：用放大镜先看书本上的文字，然后再用放大镜看远处的同学和老师。你发现了什么吗？请描述一下看到的现象。
生：描述看到的现象。如：看到远处的物体是倒立的、缩小的，近处的物体是放大的、正立的等。
（二）探究活动
1、提出问题
师：放大镜本身就是凸透镜，从刚才的观察中我们可以看到同样是凸透镜，但观察到的现象却有很大不同：有时是正立的，有时是倒立的、有时是放大的，有时是缩小的。下面请同学们根据观察到的现象和对照相机、投影仪、放大镜成像情况的了解思考一下，你还想知道哪些问题？以小组为单位讨论。
提炼学生问题中的知识点，确定本课的探究课题：凸透镜在什么条件下成放大的像，在什么条件下成缩小的像，在什么条件下成正立的像，在什么条件下成倒立的像。
2、猜想假设
师：通过我们已经了解的关于凸透镜的知识和你的日常生活经验，你认为上述问题的答案可能是什么？以小组为单位继续讨论。
猜想：
照像时人和景物到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离大，像是缩小的；使用投影仪时，投影片到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离小，像是放大的。看来，像是放大的还是缩小的，可能跟物体凸透镜的距离有关。
窗外的景物到凸透镜的距离比较远，像是倒立的；用凸透镜直接看书上的字时，凸透镜离书面较近，像是正立的。可能凸透镜成像的正倒与物体到凸透镜前的位置有关。
照相机、投影仪工作时，物和像在凸透镜的两侧；而放大镜中，物体和像在透镜的同侧。像的正倒可能跟物体和像是否在同侧有关。
3、设计实验
师：上面我们已经对所提出的问题作出了初步的猜想和假设，下面我们就要来亲自动手检验一下。用什么办法去验证猜想是否正确呢？
生：用实验的方法可以来验证猜想的正确性。
师：那么在动手实验之前，请各小组先讨论一下，拿出你们的小组的实验设计方案。（教师指导下进行全班交流，并参照书上给出的实验设计方案，比较各组的方案中的成功之处和考虑不够周到的地方，请学生修正自己组的方案，可以边设计，边实验校正，边修改。）
教师介绍：物距（u）、像距（v）、实验器材。
师：从"物距"这个名词的字面含义上看，物距应该指的是什么？
生：物体到透镜的距离。
师：准确地说是物体到透镜光心的距离。那像距呢？
生：像到透镜光心的距离。
（课件：点击窗口里的 ，播放动画--物距、像距。）
师：同学们的桌子上都有一只凸透镜，它的焦距我们在学习《透镜》一节中已经测出是10厘米，给大家一只蜡烛做物体，研究火焰所成的像。一面光屏用来承接火焰的像。大家可以将凸透镜、蜡烛、光屏固定在光具座上，从光具座的刻度尺上可以读出蜡烛到凸透镜的距离和光屏到凸透镜的距离，有了这些器材，你应该怎样做呢？
生：设计实验的方法、步骤，并向全班同学介绍、交流。例如：固定凸透镜、光屏，移动蜡烛，在光屏上找到像后记录实验现象；固定光屏、蜡烛、移动凸透镜，使光屏上成像。…(说明：若实验方案较多不能统一，可先让学生动手试一下，来证实实验方案的可行性；若方案较统一，教师可进行归纳总结。在边讨论边动手尝试中不仅可以学习如何拟定实验方案，还可培养与他人交流合作的能力。)
师：同学之间交流并探讨出实验的方法和注意事项
（1）凸透镜固定在光具座的中央，蜡烛和光屏放在凸透镜的两侧。使火焰、透镜光屏的中心在同一高度；
（2）将蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置，点燃蜡烛；
（3）移动光屏直到光屏上出现边缘清晰的蜡烛的像为止；记录下蜡烛到凸透镜的距离、像到凸透镜的距离、像的大小和倒正；
（4）将蜡烛向凸透镜移近一段距离，重复上述操作，直到不能在屏上得到蜡烛的像；
（5）继续把蜡烛向凸透镜靠近，试着用眼睛观察像在何处？像是怎样的？
实验时注意分工合作，边实验边记录数据，并填入表格。同学们可以直接填写在课本上给出的实验表格上，也可用自己设计的表格。
物距（u） 像距（v） 像的情况
放大缩小 倒立正立 实像虚像
u > 2f
u = 2f
2f >u > f
u=f
u < f
4、进行实验
1、学生根据要求，自己组装仪器并进行实验。把蜡烛放在离透镜不同的位置上，移动光屏，观察像的大小、正倒。
2、各人得出数据后在小组内进行讨论，分析数据，比较物距和焦距关系，得出成放大、倒立像的条件和缩小、倒立像的条件。
3、将各组数据及结论全班交流，分析各组数据中是否出现错误，并探讨一下出现错误的可能情况，并改正。（评估各组结论是否正确）
（课件：点击窗口里的 ，播放动画--凸透镜成像的几种情况。）
（课件：再次点击"设计方案与进行实验"，播放出--"分析论证"。）
5、分析论证
师：下面我们把探究的结果汇报一下。
学生回答。
教师介绍实像和虚像：
师：在实验中同学们有没有发现：把蜡烛放在什么位置，无论光屏如何移动，均无法在光屏上得到像？此时，若取下光屏，在光屏处直接用眼睛观察，你会看到什么现象？这个像和前两次成的像有什么区别？
师：在刚才的实验中，同学们看到了正立的放大像，却无法用光屏承接，是因为在成像的位置并没有光线在那里会聚，只是我们感到光线是从那里射出来的，是虚像；倒立的像则不同，在像的位置真的有光线在那里会聚，可以用光屏承接，像这样由真实光线会聚而成的像叫实像。
师：知道了实像和虚像之后，我也提出两个问题。请你进一步猜测并根据上面探究所得资料进行分析，在什么情况下凸透镜成实像？在什么情况下成虚像？
生：讨论并回答，当物体到凸透镜的距离大于焦距时成实像；当物体到凸透镜的距离小于焦距时成虚像。
师：我们从实验中获得了许多数据，并得出结论。请同学们根据成像的情况对结论进行归纳分类。
师：通过这节课的探究学习，你能总结出凸透镜成像的规律吗？
结论：
物距（u） 像距（v） 像的情况
放大缩小 倒立正立 实像虚像
u > 2f 2f > v> f 缩小 倒立 实像
u = 2f v =2f 等大 倒立 实像
2f >u > f v > 2f 放大 倒立 实像
u=f 不成像
u < f v > u 放大 正立 虚像
6、评估
师：通过这节课，你知道了什么？（如果学生难以回答，教师可以具体的问下面的问题）能否简单谈谈当初所做的猜想和假设与探究结果之间有何差异？
生：猜想时认为成像情况与物体到凸透镜距离的远近有关，探究结果对距离描述得更加准确。
师：这节课经历了哪几个探究过程？
生：（讨论回答）提出问题、猜想和假设、设计实验、进行实验、归纳分析。
师：通过这节课的探究，你知道凸透镜成像的规律是什么？
生：讨论回答。
7、应用根据我们平时所知道的常识识，思考并回答：
①什么仪器利用"当u>2f时，2f>v>f，成倒立、缩小的像。"
②什么仪器利用"当2f>u>f时，v>2f，成倒立、放大的像。"
③什么仪器利用"当u【作业布置】书本p71 1 2 3 万向思维
【板书设计】
一、凸透镜和凹透镜
1、凸透镜
（1）定义 中间较厚边缘薄的透镜叫凸透镜
（2）分类
（3）对光具有会聚作用
2、凹透镜
（1）定义（2）特点
2、凸透镜成像规律的几个基本概念
（1）、主光轴（2）、光心（3）、焦点（4）、焦距如何测凸透镜的焦距
二、实验探究结论
物距（u） 像距（v） 像的情况
放大缩小 倒立正立 实像虚像
u > 2f 2f > v> f 缩小 倒立 实像
u = 2f v =2f 等大 倒立 实像
2f >u > f v > 2f 放大 倒立 实像
u=f 不成像
u < f v > u 放大 正立 虚像
【教学反思】
　　本节课的教学活动给学生一个全新的体验，学生活动进行热热闹闹，但我们一定要注意，要达成本节课的教学目标，结合凸透镜成像规律的特点的探究，通过培养学生对实验数据的分析和论证的能力，使学生得到从感性认识到理性认识的飞跃。学生亲身体验在不断发现问题和提出问题的过程中逐步完善和升华，深化对凸透镜成像规律的认识，从而用实验探究的方法来得出凸透镜成像规律的特点，使学生进一步理解照相机、投影仪和放大镜的原理。
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