第五节 科学探究：凸透镜成像
第1课时
知识与能力
1．了解透镜的种类。
2．了解透镜的焦点、焦距，认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用。
过程与方法
观察透镜对光的作用，会用光路图表示观察到的现象。
情感、态度与价值观
1．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道理。
2．初步建立将科学技术应用于实际的意识。
重点：探究凸透镜、凹透镜对光线作用的规律。
难点：通过学生实验观察，认识到凹透镜对光线的发散作用，引导学生用光路图进行表示。
一、激趣活动，引入课题
问题：老师这儿有些火柴梗，同学们知道用哪些方法可以使火柴点燃吗？
学生阅读教材开头部分的内容，并思考讨论旅行家对冰块做了怎样的处理来得到火的。
实验模拟：教师首先将学生分组，然后准备好凸透镜与凹透镜、平面镜(每一小组三块)，分发给学生，到室外验证学生的方法。
说明：创设情境，利用初中生较强的好奇心，以及掌握的小学科学知识，让学生动手到室外实验，由于教师准备的器材有凸透镜、凹透镜和平面镜，所以小组有不成功的，教师要抓住这一关键点，让学生仔细观察分析其原因，这样既认识了凸透镜与凹透镜，又了解了凸透镜与凹透镜对光线的作用，为下一步学习奠定了基础，强化了物理与生活的联系，调动了学生的积极性。
二、新课教学
1．透镜分类
根据在小实验中学生对凸透镜、凹透镜、平面镜的区别认识，结合教材第72页的内容，认识凸透镜、凹透镜的定义，依据凸透镜、凹透镜的特点借助板书或多媒体展示讲解标准透镜的形成过程。
2．透镜对光的作用
我们了解到凸透镜、凹透镜、平面镜的结构是不同的，请同学们根据刚才使火柴点燃的实验，思考一下凸透镜、凹透镜、平面镜对光线有什么不同作用。
演示实验：按照教材图4—5—5的实验方案进行演示。
学生讨论并试着画出光线照射到凸透镜、凹透镜、平面镜的光路图。
教师通过板书或多媒体纠正学生的画法，包括：入射光线是否与主光轴平行；通过光心的光线是否方向不变；经过凸透镜以后的光线是否会聚在一点；经过凹透镜以后的光线是否会发散，并且反向延长线是否能够交于一点；经过平面镜以后的光线是否仍然平行射出等。
说明：学生对凸透镜(凹透镜)会聚(发散)光线的作用一般是知道的，但是突然让他们用光路图表示出来，有一定的难度，所以教师要注意适当地引导，充分发挥学生的主体作用。
学生对画出的光路图相互点评，选择错误与正确的做法，让学生发表自己的观点，教 再针对实际予以纠正及探究。
总结：透镜对光线的作用。
(1)凸透镜对光线有会聚作用。
(2)凹透镜对光线有发散作用。
课上教师重点区别凸透镜实焦点与凹透镜虚焦点的区别，仔细讲解有关虚焦点的画法并进行针对性的练习，重点是射入透镜的三条特殊光线。
讨论：凸透镜对光线的“会聚”应该怎么理解？凹透镜对光线的“发散”应该怎么理解？从凸透镜折射出的光线一定是会聚光线吗？从凹透镜折射出的光线一定是发散光线吗？
总结：虚焦点是折射光线的反射延长线形成的；凸透镜对光线的“会聚”，是指折射光线与入射光线相比变得更加会聚了；同理，凹透镜对光线的“发散”，是指折射光线与入射光线相比变得更加发散了。所以，通过凸透镜折射的光线不一定是会聚光线，通过凹透镜折射的光线不一定是发散光线。
第五节 科学探究：凸透镜成像(1)
1．透镜的分类
中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜。
中间薄、边缘厚的透镜叫凹透镜。
2．透镜对光线的作用。
(1)凸透镜对光线有会聚作用。
(2)凹透镜对光线有发散作用。
3．关于透镜的几个重要名词
主光轴 焦点 焦距
整节课设计了大量的学生实验，使学生投入到真实的情境中去，在亲自动手的实践过程中学习知识，掌握科学的方法，逐渐培养他们解决问题的能力；力求贴近学生生活，激发学生的学习兴趣，通过探索物理现象，揭示隐藏在其中的物理规律；真正做到让学生在“做中学”，体会“从生活走向物理，从物理走向社会”。
“注重科学探究，提倡教学方式多样化”，即以物理知识和技能为载体，让学生经历科学探究的过程，学习科学探究的方法，培养学生的探究精神、实践能力(包括技术设计能力)以及创新意识。对学生来说，学习知识技能固然重要，但更重要的是在学习知识和技能的过程中通过科学探究提高自己的科学探究能力和实践能力。而学生在探究过程中的所思、所想往往是不成熟的、分散和粗糙的。教师应及时组织学生进行讨论、交流自己的探究过程和实验方法，帮助他们总结提高，从而使学生找到一条进行科学探究的正确途径和方法，提高学生的探究能力。
第2课时
知识与能力
1．探究并知道凸透镜成像的规律。
2．了解透镜在投影仪、幻灯机中的应用。
过程与方法
1．在探究活动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．学习从物理现象中归纳科学规律的方法。
情感、态度与价值观
1．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道理。
2．初步建立将科学技术应用于实际的意识。
重难点：探究凸透镜成像规律的过程。
一、通过实验 激趣引入
提问：根据学生上节课调查的结果说出生活中用到凸透镜及凹透镜的地方，并说明是如何利用的及其原理。
那么这一节课我们就重点来分析一下有关凸透镜的某些原理。
学生实验：
(1)先让学生手拿凸透镜先看近距离的书上的字，再让学生看远距离窗外的景物。
(2)让学生拿一个凸透镜和光屏，移动凸透镜或光屏的位置，使窗外景物在屏上形成一个清晰的像。
让学生说出自己看到的现象。
总结：用凸透镜近距离看到正立、放大的虚像；用凸透镜远距离看到倒立、缩小的实像。用凸透镜成蜡烛像近距离时在光屏上成倒立放大的实像，远距离时在光屏上成倒立缩小的实像。凸透镜对光的会聚作用，是凸透镜成像的原因。
说明：创设问题情境，培养学生由生活现象发现问题、提出问题的能力，对凸透镜成像规律产生科学探究的兴趣，两次实验让学生认识凸透镜成像的三种情况，也实现了由生活中观察的现象到用实验光屏探究的过渡，为实验探究埋下了伏笔。
二、进行新课
1．探究凸透镜成像的规律
(1)提出问题。
阅读教材第74页开头的内容。
同样是凸透镜，所成的像却有如此大的差别。相信大家一定有许多疑问，请把你的疑问写下来，然后我们一起交流一下。
学生可能提出以下问题：凸透镜为什么能成像？光屏上的像为什么是倒立的？为什么烛焰的像有时是放大的、有时是缩小的？凸透镜成像的情况跟什么有关？等等。
总结：实际上同学们提出的这些问题我们可以用一个问题来概括——凸透镜成像有什么规律？
(2)猜想与假设。
同学们想一想：凸透镜成像的不同与什么因素有关？你这样猜想的根据是什么？
根据前面的实验经验，用同一个透镜看近处与远处的物体情况不同以及近处的蜡烛成的像较大，远处的蜡烛成的像较小，学生一般会提出凸透镜成像的情况与物体到透镜的距离有关。
这时教师结合教材图4—5—8，介绍什么是物距(u)，什么是像距(v)。
说明：学生猜想有多种多样，有正确的，也有不正确的，但需给予肯定与鼓励。教师可以创设适当的情境，引导学生猜想，并明确猜想的理由是什么，培养学生有依据猜想的好习惯，体现学生的主体地位。
(3)制订计划。
①光具座使用方法探讨。
在实验室中研究凸透镜成像的规律，一般用光具座进行实验。初中学生的逻辑思维能力往往不如成人，但他们对一些仪器设备的操作领悟能力却比较强，所以可以让学生观察自己桌面上的光具座，并尝试调节，让学生讨论：如何使用光具座？
排列顺序依次为蜡烛、凸透镜、光屏。
调节凸透镜和光屏的高度，使它们的中心跟烛焰的中心大致在同一高度上。
②设计实验，制订计划。
引导学生利用光具座设计实验：要研究“凸透镜成像情况与物距有什么关系”，应当怎样进行实验？让学生思考、讨论。
学生经过讨论交流，一般能确定实验的基本思路：既然研究凸透镜“成像情况”与“物距”的关系，当然要逐渐改变物距。如何改变物距呢？是固定蜡烛还是固定凸透镜与光屏？探讨后教师引导：为了研究方便我们采用固定凸透镜的方法，如果无论怎样移动光屏，都得不到实像，请拿掉光屏，直接用眼睛观察透镜(教师可用实物演示一下)，观察像的情况，通过对大量实验结果的分析归纳，就有可能找到凸透镜成像的规律。(至于成像的条件，即物距与焦距的关系，如u>2f等，现在不必提，提了学生也不明白，等有了实验数据后，学生才能从中发现这些关系。)
③设计表格。
根据学生开始实验的观察，出现了像的倒立与正立、放大与缩小，教师可根据平面镜成像的情况提示学生我们用光屏可以研究像的虚实，能够在光屏上显示的则为实像，不能显示的则为虚像。对于表格的设计，教师不要拘泥于固定格式，可以展示学生设计的表格，进行评价并提出建议，也可以给学生提供几个模式让学生参考。
为了使学生的主要精力集中在探究凸透镜成像规律上，凸透镜的焦距可直接告诉学生。如有时间的话，也可以让学生进行实际测量，一般以f＝10 cm为宜。
说明：这一部分分三个环节完成。通过学生尝试调节为基础来明确光具座的使用方法，以及自己设计实验、表格，既培养了学生动手探讨、总结的能力，又培养了交流合作的精神、制订计划的能力、创造能力、表达能力、评估能力、勇于发表见解的意识。
(4)收集数据。
强调实验要求：态度认真，一丝不苟，搞好小组配合；尊重客观事实，正确记录实验数；点燃后的火柴梗不要乱扔，注意安全；保持实验桌面清洁。
学生分组实验。
教师巡视，观察学生的实验情况，对学生遇到的疑难给予点拨。
实验过程中，要及时指导学生调整蜡烛、凸透镜、光屏的中心在同一高度，以便能够在光屏上看到完整的像。
教师注意观察学生的实验记录，指导学生在一些关键点(u＝2f，u＝f)附近多观测几次，以免遗漏成像情况，造成最后得不出完整的规律。
说明：教师要提醒学生注意看“提示1”、“提示2”中的内容，所以教师只要注意学生实验过程中的几点就可以了。比如，学生调节的高度是否一致？在光屏上的像是不是最小、最亮？等等，但是对于实验要求，教师一定要强调，使学生养成良好的习惯与自我保护意识。
(5)分析与论证。
学生根据小组实验情况进行讨论，分析数据，总结实验结论。
结论：当u>f时，在凸透镜的另一侧形成倒立的实像；当u>2f时，像的大小比物体小；当2f>u>f时，像的大小比物体大；当u(6)交流合作。
全班集中交流，让小组代表发言，同时把他们的实验记录表投在大屏幕上，让学生结合自己记录的实验结果分析论证，阐述凸透镜成像的规律。为了增强学生的记忆，教师可以通过多媒体课件或用彩笔画图的方法对实验过程进行回顾演示。
说明：进行交流合作时，要注意让学生先以小组为单位，再由小组代表发言，使学生养成良好的习惯。疑难让学生议，错误让学生析，及时反馈矫正实验中的问题。对学生进行由量变到质变的辩证唯物主义的观点教育。总结成功的经验，让学生体验成功的喜悦。注意学生思维的火花，延伸实验课的教学。
2．凸透镜的应用
学生阅读教材，认识投影仪及幻灯机是如何利用凸透镜来成像的。
第五节 科学探究：凸透镜成像(2)
1．凸透镜成像规律
(1)当u＞f时，在凸透镜的另一侧形成倒立的实像。
(2)当u＞2f时，像的大小比物体小；当物距2f＞u＞f时，像的大小比物体大。
(3)当u＜f时，在凸透镜的同侧形成正立、放大的虚像。
2．凸透镜的应用：投影仪、幻灯机。
教学的策略，并不在于教师有没有讲清、讲透，而是看教师有没有引导学生参与教学过程，主动获取知识，乐于探究。所以，教师应想方设法把课堂活动权交给学生，把发言权留给学生。基于此教学中，一方面注意问题情境的创设，激发学生的学习兴趣，使学生形成积极主动的学习态度；另一方面也要注意科学研究方法的渗透，引导学生动口、动手、动脑，参与教学过程，培养学生获取知识的能力、分析解决问题的能力、交流合作的能力，使学生得到从感性认识到理性认识的飞跃。让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，使学生为进一步理解照相机、投影仪和放大镜的原理奠定基础。
