第5节 显微镜和望远镜
知识与技能
1．通过观察望远镜、显微镜的实物及图片，能说出其主要结构；
2．经历两个透镜观察物体的探究活动，能说出望远镜、显微镜的物镜和目镜成像情况；
3．通过了解望远镜发展的历程，感受望远镜在人类探索宇宙奥秘中所起的重大作用；
4．通过观看显微镜的发展及应用前景，认识到科技对社会发展和人类生活的重要影响，从而增强对物理学的热爱。
过程与方法
1．体验利用两个透镜组成望远镜的实践过程。
2．体验利用两个透镜组成显微镜的实验操作过程。
3．初步学习逆向、类比的物理思维方法。
情感、态度与价值观
1．激发学生对宏观世界和微观世界进行观测的兴趣。
2．增强学生的自然审美能力，培养热爱自然、热爱科学的情感。
3．进一步形成科学的认识观。
4．通过探究活动，培养学生团结合作精神。
重点
1．通过观察望远镜、显微镜的实物及图片，能说出其主要结构；
2．经历两个透镜观察物体的探究活动，能说出望远镜、显微镜的物镜和目镜成像情况。
难点
如何让学生通过凸透镜组合得出显微镜、望远镜的原理。显微镜、望远镜的结构是如何满足组合出的凸透镜成像原理的。看清物体与视角的关系。
两个焦距不同的凸透镜、玻璃片、水、多媒体课件。
一、创设情境，导入新知
放大镜可以使我们看到较小的物体，但是太小的物体像细胞，用放大镜却不能看到。为了能看到细小的物体，人们制成了显微镜。为了看清远处的物体，人们又制成了望远镜。今天我们就来学习显微镜和望远镜。
二、自主合作，感受新知
回顾以前学的知识，阅读课文并结合生活实际，完成《练习册》相关作业部分。
三、师生互动，理解新知
(一)显微镜
1．作用：用来观察细微物体或物体细微部分。
2．基本结构：由两组透镜组成，每组透镜的作用相当于一个凸透镜。靠近被观察物体的凸透镜叫物镜，靠近眼睛的凸透镜叫目镜。
3．原理：先用一个接近物体的凸透镜使物体成一放大的实像，然后再用另一个接近眼睛的凸透镜把这个实像再一次放大，就能看清很微小的物体了。
离物体近的这个凸透镜叫物镜，其焦距较短；离眼睛近的这个凸透镜叫目镜，其焦距比物镜稍大。两镜间的距离可以调节。
4．使用显微镜的注意事项
①拿显微镜时，要一手紧握镜臂，一手托镜座，不要单手提拿，以防目镜或其他零件滑落。
②显微镜不可放置在实验台的边缘，以免碰翻落地。
③不要随意取下目镜或拆卸显微镜的各种部件，以防灰尘落入内部或发生丢失损坏等。
④使用显微镜时，操作要正规，养成两眼同睁、两手并用的习惯，边观察边计数和绘图等。
⑤要保持显微镜的清洁，发现有灰尘或操作中不慎使镜头和载物台沾上染料、水滴等，应及时擦去。光学和照明部分的镜面只能用擦镜纸轻轻擦拭，切勿用手指、手帕和绸布等擦摸，以免磨损镜面。机械部分可以用布擦拭。
⑥显微镜使用完毕，转动粗调螺旋上升镜筒或下降载物台，取下标本片，转动转换器使物镜离开通光孔，然后再下降镜筒或上升载物台使接近物镜，垂直反光镜，下降集光器，关闭虹彩光阑，复原倾斜关节和报片器位置，把显微镜放回镜箱。
5．显微镜的放大倍数
①显微镜的放大倍数等于物镜的放大倍数和目镜的放大倍数的乘积。
②显微镜的放大倍数是指长和宽的倍数
③物镜、目镜的焦距越短，放大率越高。
典例解读
【例1】显微镜镜筒的两端各有一组透镜，每组透镜的作用都相当于一个凸透镜，靠近眼睛的凸透镜叫做目镜，靠近被观察物体的凸透镜叫做物镜．目镜和物镜所成像的情况为( )
A．目镜成放大实像，物镜成放大虚像
B．目镜成放大虚像，物镜成放大实像
C．目镜成放大实像，物镜成放大实像
D．目镜成放大虚像，物镜成放大虚像
【解析】 放在载物片上的物体，在物镜的一倍焦距与二倍焦距之间，经过物镜成一倒立、放大的实像，放大的实像可看作放在目镜一侧的物体，且在目镜的一倍焦距之内，经目镜二次放大成一放大虚像。
【答案】 B
(二)望远镜
活动一：观察望远镜
利用望远镜观察到的现象是什么？
通过望远镜看过去，发现远处的物体好像变大拉近了。
活动二：利用两个凸透镜观察物体
用一个焦距小的凸透镜和一个焦距大的凸透镜组合起来，观察稍远处的物体，调节两个透镜之间的距离，直到看得最清楚为止。你看到的物体有什么变化？
将焦距短的透镜靠近眼睛时，远处的物体看上去放大了；交换透镜位置，远处的物体看上去缩小了。
基本结构：开普勒望远镜，由两组凸透镜组成。靠近物体的叫物镜，焦距较长；靠近眼睛的叫目镜，焦距较短。物镜的第二焦点与目镜的第一焦点重合。
原理：物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像，目镜的作用相当于一个放大镜，用来把这个像放大。
视觉效果：(1)由于“视角”增大，对物体的观察更加清晰。
(2)望远镜的直径比我们的眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光，使得所成的像明亮。
望远镜的类型：伽利略望远镜、开普勒望远镜、牛顿式反射望远镜、哈勃太空望远镜，还有普通望远镜、军事望远镜、红外线望远镜等。
视角：物体离物镜很远，它的像却离物镜很近，根据凸透镜成像的规律可知，这样所成的像是缩小的。为什么使用望远镜观察物体时会感到物体放大了？
说明：我们能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”的大小十分重要，物体对眼睛所成视角的大小和物体本身大小有关，还和物体到眼睛的距离有关。
望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用。视角就可以变得很大。
望远镜的物镜直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光使得所成的像更加明亮。这一点在观测天空中的暗星时非常重要。现代天文望远镜都是力求把物镜口径加大，以求观测到更暗的星。
注意：显微镜经过两次放大后看到倒立放大虚像。
望远镜看到的是倒立缩小的虚像，但视角被放大。
天文望远镜多用反射式望远镜，因为容易得到更大的口径。
典例解读
【例2】下列关于望远镜的说法不正确的是( )
A．所有的望远镜都是由两个凸透镜制成的
B．望远镜的物镜直径越大，越容易观察到较暗的星球
C．我们看到远处的汽车越来越小，是因为汽车对我们的视角在逐渐减小
D．望远镜的物镜成缩小的实像
【解析】开普勒望远镜的物镜和目镜都是凸透镜；伽利略望远镜的物镜是凸透镜，目镜是凹透镜；反射式望远镜的物镜是凹透镜，目镜是凸透镜。
【答案】 A
(三)探索宇宙
播放多媒体介绍人类探索宇宙的历程
宇宙自古以来就是人类关注、困惑、探索的一个重要问题。在人类漫长的历史进程中，大部分时间人们主要依靠肉眼观察、简单猜测与推理来认识宇宙。他们对宇宙的认识很有限，并具有很浓的神话与宗教色彩。在欧洲，人们在宗教的影响下，长期认为地球是宇宙的中心。
如图反映了“地心说”的宇宙观：地球居于中心，太阳和其他行星围绕地球转动。这种理论影响了人们思想达千年之久。
1687年，牛顿发表了《自然哲学的数学原理》一书，为探索宇宙奠定了坚实的理论基础。进一步证明了行星围绕太阳运行是受到“万有引力”的作用，从而进一步揭示了宇宙的秘密。
1849年，科学家根据牛顿发现的万有引力定律，预测天王星外还存在一颗行星，并计算出了这颗行星的运行轨道。不久，在预测的轨道上就发现了这颗后来被命名为海王星的行星。
1990年，科学家把哈勃太空望远镜送入太空，使人类观测宇宙的能力空前提高。
四、尝试练习，掌握新知
《练习册》相关作业部分。
五、课堂小结，梳理新知
本节课我们通过观察望远镜、显微镜的实物及图片，能说出其主要结构；经历两个透镜观察物体的探究活动，能说出望远镜、显微镜的物镜和目镜成像情况；通过了解望远镜发展的历程，感受望远镜在人类探索宇宙奥秘中所起的重大作用；通过观看显微镜的发展及应用前景，认识到科技对社会发展和人类生活的重要影响，从而增强对物理学的热爱。
六、深化练习，巩固新知
《练习册》相关作业部分。
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第1节 透镜
知识与技能
1．能正确区分凸透镜和凹透镜，了解透镜的光心、主光轴、焦点和焦距。
2．能说出凸透镜对光起会聚作用、凹透镜对光起发散作用，能正确解释会聚、发散。
3．会用三条特殊光线的规律作图。
过程与方法
1．通过观察凸透镜和凹透镜的实物及图片，得出两种透镜的两种不同构造，培养学生通过观察抓住事物的本质特征，能够识别不同事物的不同特点的能力。
2．经历探究凹透镜和凸透镜对光的作用的实验过程，培养学生动手、动脑、观察、分析问题的能力。
情感、态度与价值观
1．让学生保持对自然界的好奇，初步领略自然界的美妙与和谐。
2．鼓励学生探究凸透镜和凹透镜在日常生活中的应用，培养他们将科学技术应用于日常生活、社会实践，服务于人类的意识。
3．鼓励学生用毅力去战胜在探究学习过程中所遇到的疑惑、障碍、艰辛等阻力，逐步超越自我。
重点
凸透镜和凹透镜对光线的作用；测量凸透镜的焦距的方法。
难点
理解光的会聚、发散。
透镜、老花镜、擦镜纸、近视镜、无色透明的饮料瓶、香、火柴、激光演示器、手电筒、多媒体课件。
一、创设情境，导入新知
同学们都见过放大镜，利用放大镜我们可以看清用肉眼看不清的小字；有些同学的视力不好，配上合适的眼镜就可以看清本来看不清的物体；假日外出旅游，用照相机可以把美丽的自然风光留为永恒的记忆；上课时，老师可以把教学内容事先绘制在胶片上用投影打在幕布上，方便了课堂教学；医院化验室的医生，在显微镜下可以看见血液中的各种细胞；科学家们利用巨大的天文望远镜来观察，接收来自宇宙的信息，通过对这些信息的分析，人们对宇宙越来越了解。前边所说的放大镜的镜片、眼镜的镜片、照相机的镜头、投影仪、显微镜、望远镜等仪器的镜头，都是由透镜组成的。今天，我们就来研究透镜。
二、自主合作，感受新知
回顾以前学的知识，阅读课文并结合生活实际，完成《练习册》相关作业部分。
三、师生互动，理解新知
(一)凸透镜和凹透镜
透镜的种类及几个概念
引导：同学们请观察透镜组，并借助于擦镜纸，摸一下透镜，根据透镜的厚薄程度给透镜分类。讨论透镜能分几类？
(透镜有两类。中间厚、边缘薄的叫凸透镜。中间薄、边缘厚的叫凹透镜。)
问题：下列透镜哪些是凹透镜？哪些是凸透镜？
学生阅读课本，用自己的理解总结凸透镜和凹透镜的特点。
透镜：至少有一个面是球面的一部分的透明玻璃元件。
凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜；凹透镜：中间薄、边缘厚的透镜。
如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜叫薄透镜。下面我们只研究薄透镜。
镜片的两个表面(或至少一个表面)是球面的一部分。
引导学生观察凸透镜和凹透镜的示意图，了解研究透镜时常用的两个科学术语。
主光轴：组成透镜的两个球面的球心连线叫主光轴。
光心：在主光轴上有一个特殊的点，通过它的光线传播方向不变，这一点叫透镜的光心，可以认为透镜的光心就在透镜的中心。
典例解读
【例1】观察图中的透镜，其中属于凸透镜的有；属于凹透镜的有。(填序号)
【解析】根据凸透镜和凹透镜的定义，中间厚、边缘薄的是凸透镜，中间薄、边缘厚的是凹透镜，所以凸透镜是A、D，凹透镜是B、C、E。
【答案】A、D B、C、E
(二)透镜对光的作用
方案一：把凸透镜放在光具座上，让光源正对照过去，移动光屏，有亮点。再换凹透镜重做，怎样移动光屏都没亮点。
方案二：将无色透明饮料瓶放在水平桌面上，在瓶中放置点燃的香头，在上面要放凸透镜或凹透镜，这就形成一个“烟室”，用手电筒对准透镜照射，适当调节手电筒和透镜的距离，观察透镜对光的作用，看到通过凸透镜的光线相互靠拢，通过凹透镜的光线相互远离。
方案三：用激光演示器将平行光射向凸透镜和凹透镜，观察到经过凸透镜的光相互靠拢，经过凹透镜的光相互远离。
结论：凸透镜对光线有会聚作用，所以也叫会聚透镜。凹透镜对光线有发散作用，所以也叫发散透镜。
(三)焦点和焦距
1．凸透镜的焦点和焦距
结合上述凸透镜会聚光的实验，阅读课本，并结合作图让学生明确：
凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫做焦点，用字母“F”表示；焦点到光心的距离叫做焦距，用字母“f”表示。凸透镜的焦距越小，透镜对光的会聚作用越强。
由于这个焦点是由实际光线会聚而成的，所以我们叫它实焦点。
凸透镜有几个焦点呢？同学们设想一下，如果让一束跟主光轴平行的光线从凸透镜的右面射向左面，它是否也能会聚于一点呢？让我们一起来观察实验。
演示实验：用激光笔和凸透镜在磁性黑板上演示，激光从凸透镜右边射向左边，会看到光线会聚于一点。
2．凹透镜的焦点和焦距
光经过凹透镜后的发散是不是也有规律可循？
结合上述实验，问：折射光线相交吗？那把折射光线反向延长呢？教师利用演示实验，把折射光线反向延长，引导学生观察折射光线的反向延长线相交在哪。
引导学生小结：平行于凹透镜主光轴入射的光线，折射光线的反向延长线通过焦点。
3．透镜对光线的作用规律
(1)平行于主光轴的光线，经凸透镜后经过焦点；经凹透镜后向外发散，但其反向延长线必过虚焦点(所以凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用)。如下图：
(2)过光心的光线经透镜后传播方向不改变，如下图：
(3)据折射时光路可逆知，经过凸透镜焦点的光线经凸透镜后平行于主光轴；射向异侧焦点的光线经凹透镜后平行于主光轴，如下图：
典例解读
【例2】下列光路图中正确的是( )
【解析】透镜对光的作用有如下规律：①当光线通过透镜的光心时，光线的传播方向不变；②当光线平行于凸透镜的主光轴射入时，折射后的光线通过透镜另一侧的实焦点；当光线平行于凹透镜的主光轴射入时，折射光线的反向延长线通过透镜另一侧的虚焦点；③当光线通过凸透镜的焦点时，折射光线平行于凸透镜的主光轴；当光线的延长线经过凹透镜另一侧的虚焦点时，折射光线平行于凹透镜的主光轴。由此可见，上述光路正确的是A。
【答案】A
四、尝试练习，掌握新知
《练习册》相关作业部分。
五、课堂小结，梳理新知
本节课我们能正确区分凸透镜和凹透镜，了解透镜的光心、主光轴、焦点和焦距；能说出凸透镜对光起会聚作用、凹透镜对光起发散作用，能正确解释会聚、发散；会用三条特殊光线的规律作图。
六、深化练习，巩固新知
《练习册》相关作业部分。
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第2节 生活中的透镜
知识与技能
1．了解透镜在日常生活中的应用。
2．知道照相机、投影仪、放大镜的成像原理。
3．认识虚像与实像的区别。
过程与方法
1．通过动手制作照相机模型，了解照相机的成像原理。
2．凸透镜成像时，简单比较物到透镜的距离与像到透镜的距离。
3．能简单描述凸透镜成像的几种情况的主要特征。
情感、态度与价值观
1．通过模拟相机的制作和使用，使学生获得成功的喜悦。
2．通过学习照相机、投影仪、放大镜激发学生对科学的求知欲，使学生乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，初步建立将科学技术应用于实际的意识。
重点
1．了解照相机、投影仪、放大镜的成像特点；认识同一透镜在物距不同时成像不同。
2．认识虚实像的不同。
难点
虚像的成像原理。
照相机、投影仪、放大镜、硬纸板、凸透镜、半透明塑料薄膜或蜡纸、毛玻璃、多媒体课件。
一、创设情境，导入新知
节日家人团聚或外出旅游，总要留影作纪念。摄影师用照相机拍出美丽的风光，动人的场景，使人们从照片中感到美的享受和启迪。这就需要照相机，而且现在越来越多的家庭都有了单反相机、DV等摄影用具，那么它们的工作原理是怎样的呢？这节课我们就来探究它们的原理。
二、自主合作，感受新知
回顾以前学的知识，阅读课文并结合生活实际，完成《练习册》相关作业部分。
三、师生互动，理解新知
(一)照相机
大家想了解关于照相机的什么知识呢？照相机对于我们来说就是一个神秘的小盒子，里边到底有什么？照相机为什么能拍照？照相机前面的镜头是什么透镜？照相机的构造是什么样的？为什么同样的照相机能拍出全景和不是全景的照片？为什么照片中景物比实物小？有时拍出的照片很白，有时拍出的很暗，这是怎么回事？为什么我们常用的照相机叫傻瓜相机？
通过对照相机的观察和大家收集的资料，看看能不能解决这些问题。哪组先来汇报一下你们组收集到的资料。教师适时的引导、评价。
照相机前面镜头是凸透镜。想拍全景离景远点，想拍人大点离人近点。光线强拍出的照片发白，光线弱拍出的暗。照相机由镜头、机箱、调焦环、光圈、胶片等组成。
光经过照相机镜头后会聚在胶片上，形成一个像，这个像冲洗出来就是照片。像是怎么落在胶片上？是因为胶片上涂着一层对光敏感的物质，通过镜头的光在胶片上曝光后发生化学变化，物体的像就被记录在胶片上，经过显影、定影后成为底片，再用底片冲印就可以得到照片。
想想做做：
方案1：用硬纸板做两个粗细相近的长方形纸筒，使一个纸筒刚好能套入另一个，在大的纸筒前面固定一个凸透镜，在小的纸筒前面，固定一个半透明塑料薄膜作为屏幕，把纸筒有屏幕的一端朝里，套入较大的圆筒，就制成了模拟照相机。
方案2：用硬纸板圈成两个直径大小相近的，长约 15 cm的圆纸筒，使一个纸筒刚好能够套入另一个，在直径较大的纸筒前面，固定一个凸透镜，在直径较小的纸筒前面，固定一个屏幕。把较小的圆筒有屏幕的一端朝里，套入较大的圆筒内，这样模拟照相机就做成了。
现在我们按照方案制作好后，对准某个人或物体，拉动纸筒改变透镜和屏幕之间的距离，能观察到什么？是不是可以看到一个缩小的、倒立的清晰的像？下图就是照相机成像的原理示意图，物体通过透镜在底片上成一个缩小倒立的像。
照相机的成像特点：物体与实像大小比较实像小于物体(像小)，物距与像距大小比较像距小于物距(物距大)，成缩小的、倒立的清晰的像。
在实际的照相过程中，我们有时候会想使像变大，或者说想使照的范围变大。这个时候我们应该怎么办？
拍远景：增大物距、减小像距、像变小；
拍近景：减小物距、增大像距、像变大。
典例解读
【例1】位置固定，焦距一定的相机拍摄无水的水池底上的图案后，在水池中放满水，再用该相机拍一张水池底图案的照片，相机正确的调节方法是( )
A．相机不用调节
B．相机镜头适当前移
C．相机镜头适当后移
D．水池底呈虚像，无法拍摄
【解析】充满水的水池底部，由于光的折射看起来比实际位置偏高，池底相对人来说变近了，如果仍然想拍到这个池底部清晰的照片，根据凸透镜成实像时，物近像远像变大，可知应该调整照相机，使镜头前伸。
【答案】B
(二) 投影仪
教学中常用到投影仪，现在观察它的结构，想想使用它有什么优点？分组观察，教师指导。投影仪由灯泡、投影片、镜头、平面镜、屏幕组成。
演示：把投影仪上的平面镜(反光镜)取下，投影片放到载物台上(正放)，调节镜头，在天花板上就能得到投影片上图案的像，再把反光镜安上，把图案打到屏幕上。
思考：像是缩小还是放大？像是正立还是倒立？像距与物距哪个大？像与物体位于凸透镜的同侧还是异侧？
(投影仪成放大、倒立的像；像距大于物距；像与物体位于凸透镜的两侧。)
典例解读
【例2】投影仪是教学中常用的设备，下面关于投影仪的叙述中不正确的是( )
A．平面镜的作用是改变光的传播方向
B．屏幕表面粗糙，有利于光发生漫反射
C．物体在屏幕上所成的像是一个放大的虚像
D．若使屏幕上的像变大，应使镜头靠近投影片
【解析】投影仪成物体放大、倒立的实像；投影仪中的平面镜可以将透镜会聚的光反射到屏幕上，起到改变光的传播方向的作用；屏幕做得粗糙，这样光可以在其表面发生漫反射，能够让各个方向的人看到屏幕上的像；若使屏幕上的像变大，应减小物距，所以应使镜头靠近投影片。
【答案】C
(三)放大镜
实验探究：把玻璃放在书上，观察字迹的大小，然后将水滴在玻璃上，观察字迹大小，让学生描述看到的像的特征，探究为什么水滴可以让字迹放大。
问题：(1)拿起桌上的放大镜看书上的字，观察书上的字是否永远呈放大正立的像？大体什么时候才会放大？
(2)要想使放大镜所成的像更大些，该怎样调节放大镜的位置？
利用多媒体演示放大镜成像的原理(强调光路图、物像大小、物像正反和像的虚实)。
放大镜的镜头是一个凸透镜，刚开始移动放大镜，离书越远，字越大，到了一定距离以后，字变模糊。
扩展：放大镜在使用时要将物体放在焦点以内，且越靠近焦点物体成的像越大。
放大镜的成像特点：放大镜能成正立、放大的像；放大镜成的像与物在凸透镜同一侧。
强调：放大镜成的像打不到屏幕上。
典例解读
【例3】如图所示，小明用一个透镜观看书上的一个英文单词，他看到了两个字母“YS”的放大的像，这个透镜是透镜，这种透镜对光线有作用，利用这种透镜可制成的光学仪器有(只需填写一种)．
【解析】由图可知，当透镜靠近英文单词时，成的是正立、放大的虚像，这符合放大镜成像的特点，放大镜的实质是凸透镜；而凸透镜对光线有会聚作用，生活中的照相机、投影仪、放大镜、老花镜等都是利用凸透镜做成的。
【答案】凸 会聚 放大镜(照相机或投影仪或老花镜均可)
(四)实像和虚像
刚才我们通过自己动手、观察、研究了照相机、投影仪、放大镜的成像特点。照相机和投影仪成像是光通过凸透镜射出会聚所成。如果把感光胶片放在那里，是可以记录所成的像，这种像叫做实像。物体和实像分别位于凸透镜的两侧。
平面镜所成的像是虚像，放大镜所成的像也是虚像。凸透镜成虚像时，通过凸透镜射出的光没有会聚，只是人眼逆着出射光方向看去，感到光是从放置物体那一侧成虚像发出的，所以物体和虚像位于凸透镜的同侧。
典例解读
【例4】一次，小明在家写作业时在书桌的玻璃台板上面滴了一滴水，透过水滴看下去，他发现压在台板下面的动画图片上的文字变大了。这是由于此时的水滴相当于一个，图片上的文字经过水滴折射后成一个放大的(选填“实”或“虚”)像
【解析】放大镜的原理就是物体与凸透镜的距离小于一倍焦距时，透过放大镜可以看到物体正立、放大的虚像。而水滴距离文字较近，在透镜的焦点之内，相当于一个放大镜。
【答案】放大镜 虚
四、尝试练习，掌握新知
《练习册》相关作业部分。
五、课堂小结，梳理新知
本节课我们学习了解了透镜在日常生活中的应用；知道照相机、投影仪、放大镜的成像原理；认识虚像与实像的区别。
六、深化练习，巩固新知
《练习册》相关作业部分。
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第3节 凸透镜成像的规律
知识与技能
1．理解凸透镜的成像规律。
2．知道凸透镜所成像的虚实、倒正、大小与物体位置的关系。
过程与方法
1．能在探究实践中初步获得提出问题的能力。
2．通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法。
3．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。
情感、态度与价值观
1．通过研究凸透镜成像的实验，以及对其成像规律的分析有意识地渗透辩证唯物主义观点。
2．通过探究活动，激发学生的学习兴趣，培养学生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，勇于探究日常生活中的物理学规律。
3．注意培养学生乐于参与观察、试验、制作的兴趣。
重点
1．凸透镜成像规律。
2．使学生初步了解科学探究和方法。
难点
1．凸透镜成像的原理。
2．对凸透镜成像性质的描述。
光具座、凸透镜、蜡烛、火柴、光屏、刻度尺、多媒体课件。
一、创设情境，导入新知
学生回忆生活中的透镜成像知识：照相机、投影仪里面都有凸透镜，放大镜本身就是凸透镜，照相机能使景物在相片上成倒立、缩小的像，投影仪能把小的胶片上的画面放大到屏幕上成倒立、放大的像，放大镜能成正立、放大的像等。
使用凸透镜产生这么多的现象，所成的像有哪些特点？成像的条件是什么呢？我们这节课就用实验来探究凸透镜成像的规律。
二、自主合作，感受新知
回顾以前学的知识，阅读课文并结合生活实际，完成《练习册》相关作业部分。
三、师生互动，理解新知
实验探究：凸透镜成像的规律
1．提出问题：
凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟什么因素有关系？
2．猜想与假设：
凸透镜所成像的虚实、大小、正倒可能跟物体距凸透镜的距离有关。
3．设计实验：
我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，观察成像的情况。由于凸透镜对光的偏折程度跟透镜的焦距f有关系，所以研究物距u的变化时，焦距可能是个应该注意的参照距离。比如，我们可以注意观察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距时，物体成像的情况(参照课本P97图5.3－1)。
4．进行实验与收集证据：
强调注意事项及实验步骤：
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，测出蜡烛与凸透镜的距离，光屏与凸透镜的距离，将数据记入表格。
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，正立还是倒立填入表格。
探究一：在光屏上找到物体完整清晰的实像
请学生代表讲解找到清晰完整像的方法：①物体、凸透镜、光屏三者中心在同一高度；②光屏上的像最亮最清晰时，光屏所在位置就是像所在位置。
学生总结：光屏上可以找到倒立、缩小实像和倒立、放大实像。
探究二：探究凸透镜成倒立、放大实像和倒立、缩小实像的规律
记录实验数据，得出凸透镜成像的初步规律。
(1)
当u＞2f时，成倒立、缩小的实像，此时，f＜v＜2f。
(2)
当u＝2f时，成倒立、等大的实像，此时，v＝2f。此点为成实像大小的分界点。
(3)
当f＜u＜2f时，成倒立、放大的实像，此时，v＞2f。
(4)
当u＝f时，不成像，此点为成像虚实的分界点。
(5)
当u＜f时，成正立、放大的虚像。
实验表格
物距 成像性质 像距 应用
u＞2f 倒立、缩小的实像 2f＞v＞f 照相机
u＝2f 倒立、等大的实像 v＝2f
2f＞u＞f 倒立、放大的实像 v＞2f 投影仪、幻灯机
u＝f 不成像
u＜f 正立、放大的虚像 与物同侧 放大镜
5.分析与论证：
根据成像的情况，对数据进行分类：(1)像的虚实；(2)像的大小；(3)像的正倒。
问题思考：
(1)像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像，什么条件下成虚像？
(2)像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的像，在什么条件下成放大的像？有没有缩小的虚像？
(3)像的正倒：凸透镜所成的像有没有正立的实像？有没有倒立的虚像？成实像时，物像在透镜的什么位置？虚像呢？
(4)像的放大与缩小的条件：凸透镜成放大实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？
(5)像的大小变化：当物体成实像时，物体逐渐靠近透镜时，像距是变大了还是变小了？像是变大了还是变小了？当物体成虚像时，物体逐渐靠近透镜，像是变大了还是变小了？
(6)实像和虚像有什么不同？
学生交流讨论：
(1)焦点是成实像和虚像的分界点，物体在焦点以外成实像，焦点以内成虚像。即一倍焦距内外分虚实。
(2)二倍焦距是成放大和缩小像的分界点。物体在二倍焦距以外成缩小像，在二倍焦距以内成放大像。二倍焦距内外分大小。
(3)实像必异侧倒立，虚像必同侧正立。
(4)u＞v，像是缩小的，u＜v，像是放大的。
(5)成实像时，物体距离透镜越近，像距离透镜越远，像越大；物体距离透镜越远，像距离透镜越近，像越小。即成实像时，物近像远且大，物远像近且小。成虚像时，物体距离透镜越近，像越小，物体距离透镜越远，像越大。即成虚像时，物近像小，物远像大。物体越靠近焦点像越大。
(6)实像是实际光线的交点，可以在光屏上呈现，虚像是光线的反向延长线的交点，不能在光屏上呈现。实像可以是缩小的，也可以是放大的，虚像一定是放大的。
规律总结：
一焦分虚实(物体在一倍焦距以内成虚像，一倍焦距以外成实像)；
二焦分大小(物距小于二倍焦距成放大的像；大于二倍焦距成缩小的像)；
实像异侧倒(成实像时，物和像总在透镜的两侧，且像是倒立的)；
物远像近小(物体离透镜越远，所成实像离透镜越近，且像越小)；
虚像同正大(成虚像时，物和像总在透镜的同侧，且像是正立、放大的)；
物近像变小(物体离透镜越近，所成虚像越小)。
典例解读
【例1】在“探究凸透镜成像规律的实验”中，将蜡烛、焦距等于10 cm的凸透镜、光屏放在光具座上，如图所示，调节烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一高度，把凸透镜固定在50 cm处。
(1)将蜡烛放在A点，光屏在B位置上，为了找到清晰的像，应将光屏向(选填“左”或“右”)移动。
(2)依次改变蜡烛的位置，移动光屏，直到找到清晰的像。记录的数据如下表。
次数 1 2 3 4 5 6
物距/cm 40 35 30 25 20 15
像距/cm 13.5 14 15 16.7 20 30
①第1～4次实验中，所成的像为倒立、的实像。
②第6次的像比第5次的(选填“大”或“小”)。
(3)将蜡烛放在C点，观察到烛焰的正立、放大的虚像后，若希望看到更大的虚像，应将蜡烛向(选填“左”或“右”)移动。
【解析】从装置图可知，此时蜡烛在二倍焦距以外，所成的像是一个倒立、缩小的实像，像在一倍焦距至二倍焦距之间，所以应将光屏向左移；蜡烛在C点时，位于一倍焦距以内，此时成正立、放大的虚像，根据凸透镜成像规律可知，蜡烛越靠近焦点像越大，所以为得到更大的像，应将蜡烛向左移动靠近焦点。
【答案】(1)左 (2)缩小 大 (3)左
【例2】在“研究凸透镜成像”的实验中，点燃的蜡烛分别放在a、b、c、d四个不同的位置，如图所示，其中蜡烛放在处所得到的实像最小；放在处得到正立的虚像；在处的成像规律就是幻灯机的原理。
【解析】 对凸透镜成像规律的考查是中考命题的热点。首先应明确物距与焦距的关系，由此来判断像的大小、虚实、倒正。凸透镜成像规律：物近像远，像变大；物远像近，像变小。一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小。在一倍焦距以外，物距越小则像越大，且物距在一倍焦距和二倍焦距之间时成放大的实像，所以a点像最小；d点成虚像，c点成倒立放大的实像。
【答案】 a d c
四、尝试练习，掌握新知
《练习册》相关作业部分。
五、课堂小结，梳理新知
本节课我们学习理解了凸透镜的成像规律；知道凸透镜所成像的虚实、倒正、大小与物体位置的关系。
六、深化练习，巩固新知
《练习册》相关作业部分。
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第4节 眼睛和眼镜
知识与技能
1．了解眼睛的结构，知道眼睛是怎样看清楚物体的。
2．知道近视眼和远视眼的特点及其矫正方法。
3．了解用眼护眼常识。
过程与方法
1．通过对凸透镜成像的再实验，培养学生的观察能力，并能在观察物理现象和物理学习过程中发现问题，培养学生提出问题的能力。
2．通过科学探究活动，使学生初步了解科学研究的基本方法，培养学生科学探究的能力和精神。
3．创设思考和回答、交流和讨论问题的机会和条件，培养学生信息交流能力和表达自己观点的语言表达能力。
4．通过几个问题的讨论，尝试应用已知的科学知识去解释或联想某些实际的生活问题，培养学生的创新能力。
5．通过自学，逐步培养学生的自学能力。
情感、态度与价值观
1．通过对“眼睛是怎样看清远处和近处物体”以及“近视眼和远视眼成因及矫正”的探究，形成尊重事实的科学态度，培养勇于创新的科学精神。
2．通过用眼护眼教育，强化眼保健意识，教育学生热爱生活、珍爱生命。
3．通过探究活动，培养学生团结合作精神。
4．通过近视眼和远视眼的矫正，渗透物理学无处不在的和谐美。
重点
眼睛的结构，知道如何保护和矫正视力。
难点
通过实验探究视力的矫正方法。
蜡烛、火柴、眼球模型、凸透镜、凹透镜、多媒体课件。
一、创设情境，导入新知
我们都有一双明亮的眼睛，它是人体重要的器官之一，眼睛会流露出你的感情，是心灵的窗户。平时大家要注意用眼卫生，好好爱护自己的眼睛，每年的6月6日是世界爱眼日。这节课我们就来探究眼睛与视力矫正。
二、自主合作，感受新知
回顾以前学的知识，阅读课文并结合生活实际，完成《练习册》相关作业部分。
三、师生互动，理解新知
(一)眼睛
多媒体播放眼睛的构造图和模型。
展示：多媒体播放照相机和人眼球的对比图片
说明：学生根据对比图片，理解人眼球和照相机的相似之处，总结出，眼睛好似一架照相机。
体验：教师指导先近距离看自己的手指纹，然后马上眺望远方，亲自感受眼睛是怎样调节的。
点评：我们的眼睛实在了不起，我们不需要像摄影师那样，要考虑到环境的亮暗或物体距离，我们的眼睛会自动作出调节，只要眼睛各部分运作正常，每一次我们均可“摄”取一张美丽动人的“相片”。
总结：晶状体和角膜相当于一个凸透镜，视网膜相当于光屏，当物体的像成在视网膜上时，我们就看见物体了。
问题：我们是如何看清远处与近处的景物的？
说明：播放课件演示眼球的自动调焦
眼睛的睫状体的作用是调节晶状体的形状，当睫状体放松时，晶状体比较薄，远处物体射来的光刚好会聚在视网膜上，眼球可以看清远处的物体；当睫状体收缩时，晶状体变厚，对光的偏折能力变大，近处物体射来的光会聚在视网膜上，眼睛就可以看清近处的物体。
总结：看远处与近处景物通过晶状体形状，使景物的像始终落在视网膜上就看清楚了。
典例解读
【例1】正常人的眼睛能将物体的像始终成在视网膜上，从而看清远处或近处的物体，这是由于( )
A．不断改变物距，使像成在视网膜上
B．不断改变晶状体的凸起程度，使像成在视网膜上
C．不断改变像距，使像成在视网膜上
D．以上说法都不对
【解析】人眼晶状体的曲度可以调节，当看远处物体时，晶状体变薄，折光能力变弱，焦距变长，使像成在视网膜上；当看近处的物体时，晶状体变厚，折光能力变强，焦距变短，也能使像成在视网膜上。故正常的人眼，能将物体的像始终成在视网膜上，从而看清远近不同的物体，是由于不断改变晶状体的焦距(凸起程度)。
【答案】B
(二)近视眼及其矫正
1．小游戏：三字经
请两位同学上台，一个视力正常的同学，一个近视眼的同学，请近视眼的同学摘掉眼镜。教师出示印有三字经的卡片，从两位同学眼前开始，每念一个卡片上的字后退一步，逐步后退。
说明：从活动中引出近视眼的外在表象。分析近视眼的形成原因，进一步研究近视眼的矫正。
问题：有些人单靠自身眼睛的调节已不能使像成在视网膜上，这种情况是怎么形成的，如何处理？
点评：由于长期不注意用眼卫生，使晶状体变凸，或睫状体调节能力降低，远处的景物的像落在视网膜前面，形成近视眼。引导学生设想用凹透镜将光线发散，使远处景物传来的光仍能会聚在视网膜上，从而能看清远处的景物。
2．探究实验：近视眼的矫正
猜想：应用什么透镜来矫正近视眼，并用实验的方法验证自己的猜测。
说明：鼓励学生可以用自己的眼镜进行矫正，试试效果如何。
参考器材：光具座，凸透镜，蜡烛，光屏，火柴，近视眼镜。
方案：组装好器材，使烛焰的像落在光屏前方，此时像变得模糊。把凹透镜放在凸透镜前观察。
现象：光屏上出现了烛焰清晰的像。
结论：近视眼用凹透镜矫正。
典例解读
【例2】小强看远处的某点时，其光路如图所示，则下列说法正确的是 ( )
A．小强的眼睛是近视眼，应配凸透镜做成的眼镜
B．小强的眼睛是近视眼，应配凹透镜做成的眼镜
C．小强的眼睛是远视眼，应配凸透镜做成的眼镜
D．小强的眼睛正常，无须配戴眼镜
【解析】由题干图可知，像成在视网膜的前方，故小强的眼睛是近视眼，近视眼是晶状体曲度变大，会聚能力增强，即折光能力增强，应配戴发散透镜，使光线推迟会聚，即凹透镜。
【答案】B
(三)远视眼及其矫正
问题：请学生猜想一下远视眼的成因以及矫正方法。
说明：远视眼是由于晶状体太薄，近处物体的像成在了视网膜后面而看不清。引导学生设想用凸透镜将光线会聚，使近处物体传来的光线仍能会聚在视网膜上，从而看清近处的物体。
根据刚才对近视眼如何矫正的推测，引导学生自己设计实验，小组合作探究，探究远视眼的矫正。
结论：远视眼用凸透镜矫正
科学世界——眼镜的度数
这里有几个老花镜，请同学们自学课本P101“科学世界”：眼镜的度数，然后分组进行讨论，设计测量老花眼镜度数的实验方案。多媒体投影相关知识。
知识：
1．透镜的焦度(Φ)：透镜焦距的倒数。
公式：Φ＝1/f(f为透镜焦距)
单位：Φ：m－1 f：m
2．眼镜度数＝透镜焦度×100
3．凸透镜的度数用正数表示，凹透镜的度数用负数表示。
典例解读
【例3】学习了透镜知识后，小勇回家认真研究爷爷的老花镜，并得出以下结论，你认为他的这些结论中不妥当的是( )
A．老花镜是一种凸透镜
B．老花镜可以用来做放大镜
C．老花镜能在阳光下点燃白纸
D．爷爷原来是个近视眼
【解析】老花镜的镜片中间厚，边缘薄，因此是凸透镜，对光线起会聚作用，同时也可以用来当放大镜使用；远视眼是晶状体会聚能力减弱，像成在视网膜的后方，应配戴凸透镜矫正，因此爷爷是个远视眼。
【答案】D
四、尝试练习，掌握新知
《练习册》相关作业部分。
五、课堂小结，梳理新知
本节课我们学习了解了眼睛的结构，知道眼睛是怎样看清楚物体的；知道近视眼和远视眼的特点及其矫正方法；了解用眼护眼常识。
六、深化练习，巩固新知
《练习册》相关作业部分。
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