第3节凸透镜成像的规律教案3

地区： 湖北省 - 随州市 - 随县

学校：随县唐县镇中心学校

第3节　凸透镜成像的规律 初中物理       人教2011课标版

（一）知识与技能

1．理解凸透镜的成像规律。

2．知道凸透镜成放大、缩小实像和虚像的条件。

（二）过程与方法

1．能在探究活动中，初步获得提出问题的能力，体验科学探究的全过程和方法。

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。源

（三）情感态度和价值观

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。

本节内容既是“透镜”和“生活中透镜”知识的延伸与升华，又是“眼睛和眼镜”以及“显微镜和望远镜”的理论基础，是理论与实践的结合，因此它在本章起着至关重要的作用。新课程标准要求课堂应注重让学生经历从生活到物理，从自然到物理的认识过程，经历基本的科学探究实验和活动，从被动到主动，在锻炼能力的过程中掌握知识、技能，了解科技发展，从而融入现代社会中。所以本节课在课堂教学模式的改革，注重全员参与，让学生主动探究等方面作了一些努力。

这节课是在学生对生活中常见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，通过探究活动，研究凸透镜成像的规律，使学生通过自主探究体验科学探究的全过程和方法。新教材以探究凸透镜成像情况与物距关系为主线，安排了学生“提出问题、猜想、设计实验、进行实验、分析与论证”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，对今后进一步探究其他知识打下基础。

因为学生对于科学探究的全过程缺乏经验，因而把探究凸透镜成像规律作为教学重点。教学难点是科学探究中实验数据的处理和分析。因为对于实验探究学生处于起步阶段，记录数据后，分析这些数据归纳得到结论，是学生比较陌生的，因而此处确定为难点。

通过上一节的学习，学生们知道了照相机、投影仪里面都有凸透镜，放大镜本身就是一个凸透镜。他们都利用凸透镜使物体成像，但成像情况各不相同。照相机所成的像比物体小，而投影仪所成的像比物体大；照相机、投影仪所成的像是倒立的，而放大镜所成的像是正立的。引导学生提出问题：凸透镜所成像的大小、正倒跟物体的位置有什么关系？

启发学生对提出的问题作出猜想：照相时物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离大，而投影仪中物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离小，看来像是放大的还是缩小的，跟物体和像的相对位置有关；无论照相机还是投影仪，物体和所成的像都在凸透镜的两侧，而在放大镜中，物体和像在透镜的同一侧，看来像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。

制订实验计划，指导学生做实验，验证上面的猜想是否正确。实验前先向学生介绍实验装置和做法，使学生明白实验研究什么问题，怎样去研究这些问题。在学生知道了实验的目的和做法以后，让学生按照课本中列出的实验步骤进行观察和实验。

课本上没有用光具座来做实验，是考虑到许多学校没有或只有数量很少的光具座。如果有用光具座做实验，会方便些。考虑到学生从未接触过光具座，教师应先展示器材介绍构造，让学生思考如何使像成在光屏中央？再示范调节凸透镜和光屏的高度，使它们的中心与烛焰中心大致在同一高度。此时提出两个问题让学生思考：（1）怎样在光屏上成清晰的像？（2）怎样观察虚像？

在学生思考的基础上，引导学生观察物、镜不动，光屏前后移动时，光屏上所成像会变模糊或变清晰，通过观察学生感悟到物、镜一定时，清晰像的位置是一定的，为学生实验做好铺垫。因为学生很容易把烛焰模糊的光斑误认为是实像，而使实验无法正常进行，所以教师这里需示范光屏上成清晰像的操作要领。

对于如何观察虚像，可以示范当物由远及近靠近凸透镜时，光屏无论怎样移动都不成像，这时把眼放在光屏这一侧，透过凸透镜观察烛焰，可观察到虚像，与放大镜观察物体相同。要求学生实验时将光屏置于像的位置，观察直接在光屏上能否看到像，确定像的性质。

此环节的设计意图是：培养学生的观察能力及养成积极思维、解决实际问题的能力。同时去除实验中可能影响学生探究的干扰因素，让学生有更多的时间完成探究实验。

在探究凸透镜成像规律的实验中，有不少细节需要提醒学生注意。只有很好地注意了这些细节，实验才容易成功，否则很难达到预期的效果。

（1）实验中必须把凸透镜放在蜡烛和光屏之间。如果不是这样，便无法在光屏上观察到像，当然也无法探究成像的规律。所以这是保证能在光屏上观察到像的前提条件，凸透镜放在蜡烛和光屏之间才能够在光屏上显示像（物理中称“实像”），说明凸透镜成实像时，物体和它的像分居凸透镜两侧。

（2）实验中烛焰、凸透镜和光屏的中心应该在同一高度。只有这样才能保证烛焰的像成在光屏中央，以利于观察，并便于测量物距和像距。有同学认为，只要这三者的中心在一条直线上就可以了，这是错误的。事实上，如果三者的高度不同，很难使像成在光屏上，找到了也不容易测量物距和像距。

（3）实验中凸透镜的镜面、光屏面应大致平行。若二者不平行，将导致光屏上的像各处清晰度不同，若二者垂直光屏上则找不到像。

（4）要在像最清晰时测量像距。进行实验时，我们发现光屏上出现像时，若光屏在一定范围内移动，屏上仍然能够得到像，只是清晰度不同。什么时候像最清晰呢？若将光屏向左右两个方向移动一点点，像都比原来模糊，则原来那个位置的像就是最清晰的像，这时光屏到透镜的距离才是像距

提醒学生注意记录实验用的凸透镜的焦距f。如果不知道，可以借助太阳光进行测量。先把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置，调整光屏与透镜的距离，使烛焰在光屏上成一清晰的像，观察像的大小、正倒，分别测量物体、像到凸透镜的距离，把数据记录于课本上的表格中。

把蜡烛向凸透镜移近几厘米，放好后重复以上操作。

在测得了几组成倒立、缩小的像和倒立、放大的像的数据以后，思考：在什么情况下可以得到等大的像？理论和实验指出，当物距是焦距的二倍时，像和物等大。通过实验做一做，并观察此时的像距是多少？像是正立的，还是倒立的？

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，这时在光屏上能看到蜡烛的像吗？拿去光屏，用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像，像是放大的，还是缩小的？正立的还是倒立的？此时的像是实像还是虚像？

学生进行实验时，常常会出现一些意想不到的问题，实验中要注意排除。

如：光屏上不能出现像，这个原因比较多。可能是烛焰位于凸透镜焦点以内，这时凸透镜只能成虚像，而虚像不能成在光屏上，眼睛必须从光屏一侧向蜡烛看，才能看到正立放大的虚像。也可能是烛焰正好位于凸透镜焦点上，这时凸透镜既不能成实像，也不能成虚像。还有可能是烛焰、凸透镜和光屏的中心不在同一高度，按要求调整好即可。最后一个可能是烛焰位于比凸透镜焦距稍大的位置，这时成的像离凸透镜太远，像也太大，小小的光屏接收不了。

还有成实像时，发现像不能成在光屏中央，应如何调整？比如发现像成在光屏右下角，怎样调整才能使像成在光屏中央？可以有三种方法：保持烛焰、凸透镜不动，直接把光屏向右下角调整；保持烛焰、光屏不动，把凸透镜向左上角调整；保持光屏、凸透镜不动，把烛焰向右下角调整。

一些程度较好的同学可能会提出这样的问题：凸透镜成实像时，像与物体上下是颠倒的，此时像与物体左右是否相反？答案是肯定的。我们可以通过实验进行研究。最简单的方法是轻轻吹一下烛焰，看光屏上烛焰的像向哪个方向飘动，若两个飘动的方向相同，则说明像与物体左右不相反；若两个飘动的方向相反，则说明像与物体的左右也相反。也可以取一高一低两支蜡烛同时放在凸透镜前，要使它们紧靠在一起并且物距相同，光屏上便出现高低不同的两个烛焰的像，比较烛焰和它们的像的位置关系，便可知道像与物体的左右是否相反。

在学生实验的基础上，让学生自己总结凸透镜的成像规律，并让他们书面或口头表述自己的观点。使学生知道：凸透镜既能成实像，也能成虚像；既能成放大的像，也能成缩小的像；既能成正立的像，也能成倒立像。总结出凸透镜成像的规律：

当物距大于二倍焦距时，成倒立、缩小的实像。

当物距等于二倍焦距时，成倒立、等大的实像。

当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时，成倒立、放大的实像。

当物距小于焦距时，成正立、放大的虚像。

换一个焦距不同的凸透镜，重复上述实验，验证你所得的结论。

通过实验我们能发现，一倍焦距和二倍焦距是成像的两个重要分界点，一倍焦距为成倒立实像与正立虚像的分界点；二倍焦距为成放大实像与缩小实像的分界点。

引导学生实验并思考：当物体从一倍焦距逐渐远离凸透镜时，像距和像的大小怎样变化？从一倍焦距逐渐靠近凸透镜时，像的大小又怎样变化？（在真实实验的基础上也可用计算机模拟整个过程。直接观看凸透镜成像的整个动态变化，从而对凸透镜成像形成一个宏观的整体的认识）。

为了帮助大家记忆，可以利用口诀：

一焦分虚实（即物体在一倍焦距以内成虚像，一倍焦距以外为实像）

二焦分大小（即物距小于二倍焦距，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）

其中一、二两句是对成像情况的总体把握，三、五两句是成像情况的静态分析，四、六两句是成像情况的动态描述。

通过这节课你学到了什么？学生回答或与同学们进行交流，老师恰当总结。

第3节　凸透镜成像的规律

第3节　凸透镜成像的规律

通过上一节的学习，学生们知道了照相机、投影仪里面都有凸透镜，放大镜本身就是一个凸透镜。他们都利用凸透镜使物体成像，但成像情况各不相同。照相机所成的像比物体小，而投影仪所成的像比物体大；照相机、投影仪所成的像是倒立的，而放大镜所成的像是正立的。引导学生提出问题：凸透镜所成像的大小、正倒跟物体的位置有什么关系？

启发学生对提出的问题作出猜想：照相时物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离大，而投影仪中物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离小，看来像是放大的还是缩小的，跟物体和像的相对位置有关；无论照相机还是投影仪，物体和所成的像都在凸透镜的两侧，而在放大镜中，物体和像在透镜的同一侧，看来像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。

制订实验计划，指导学生做实验，验证上面的猜想是否正确。实验前先向学生介绍实验装置和做法，使学生明白实验研究什么问题，怎样去研究这些问题。在学生知道了实验的目的和做法以后，让学生按照课本中列出的实验步骤进行观察和实验。

课本上没有用光具座来做实验，是考虑到许多学校没有或只有数量很少的光具座。如果有用光具座做实验，会方便些。考虑到学生从未接触过光具座，教师应先展示器材介绍构造，让学生思考如何使像成在光屏中央？再示范调节凸透镜和光屏的高度，使它们的中心与烛焰中心大致在同一高度。此时提出两个问题让学生思考：（1）怎样在光屏上成清晰的像？（2）怎样观察虚像？

在学生思考的基础上，引导学生观察物、镜不动，光屏前后移动时，光屏上所成像会变模糊或变清晰，通过观察学生感悟到物、镜一定时，清晰像的位置是一定的，为学生实验做好铺垫。因为学生很容易把烛焰模糊的光斑误认为是实像，而使实验无法正常进行，所以教师这里需示范光屏上成清晰像的操作要领。

对于如何观察虚像，可以示范当物由远及近靠近凸透镜时，光屏无论怎样移动都不成像，这时把眼放在光屏这一侧，透过凸透镜观察烛焰，可观察到虚像，与放大镜观察物体相同。要求学生实验时将光屏置于像的位置，观察直接在光屏上能否看到像，确定像的性质。

此环节的设计意图是：培养学生的观察能力及养成积极思维、解决实际问题的能力。同时去除实验中可能影响学生探究的干扰因素，让学生有更多的时间完成探究实验。

在探究凸透镜成像规律的实验中，有不少细节需要提醒学生注意。只有很好地注意了这些细节，实验才容易成功，否则很难达到预期的效果。

（1）实验中必须把凸透镜放在蜡烛和光屏之间。如果不是这样，便无法在光屏上观察到像，当然也无法探究成像的规律。所以这是保证能在光屏上观察到像的前提条件，凸透镜放在蜡烛和光屏之间才能够在光屏上显示像（物理中称“实像”），说明凸透镜成实像时，物体和它的像分居凸透镜两侧。

（2）实验中烛焰、凸透镜和光屏的中心应该在同一高度。只有这样才能保证烛焰的像成在光屏中央，以利于观察，并便于测量物距和像距。有同学认为，只要这三者的中心在一条直线上就可以了，这是错误的。事实上，如果三者的高度不同，很难使像成在光屏上，找到了也不容易测量物距和像距。

（3）实验中凸透镜的镜面、光屏面应大致平行。若二者不平行，将导致光屏上的像各处清晰度不同，若二者垂直光屏上则找不到像。

（4）要在像最清晰时测量像距。进行实验时，我们发现光屏上出现像时，若光屏在一定范围内移动，屏上仍然能够得到像，只是清晰度不同。什么时候像最清晰呢？若将光屏向左右两个方向移动一点点，像都比原来模糊，则原来那个位置的像就是最清晰的像，这时光屏到透镜的距离才是像距

提醒学生注意记录实验用的凸透镜的焦距f。如果不知道，可以借助太阳光进行测量。先把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置，调整光屏与透镜的距离，使烛焰在光屏上成一清晰的像，观察像的大小、正倒，分别测量物体、像到凸透镜的距离，把数据记录于课本上的表格中。

把蜡烛向凸透镜移近几厘米，放好后重复以上操作。

在测得了几组成倒立、缩小的像和倒立、放大的像的数据以后，思考：在什么情况下可以得到等大的像？理论和实验指出，当物距是焦距的二倍时，像和物等大。通过实验做一做，并观察此时的像距是多少？像是正立的，还是倒立的？

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，这时在光屏上能看到蜡烛的像吗？拿去光屏，用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像，像是放大的，还是缩小的？正立的还是倒立的？此时的像是实像还是虚像？

学生进行实验时，常常会出现一些意想不到的问题，实验中要注意排除。

如：光屏上不能出现像，这个原因比较多。可能是烛焰位于凸透镜焦点以内，这时凸透镜只能成虚像，而虚像不能成在光屏上，眼睛必须从光屏一侧向蜡烛看，才能看到正立放大的虚像。也可能是烛焰正好位于凸透镜焦点上，这时凸透镜既不能成实像，也不能成虚像。还有可能是烛焰、凸透镜和光屏的中心不在同一高度，按要求调整好即可。最后一个可能是烛焰位于比凸透镜焦距稍大的位置，这时成的像离凸透镜太远，像也太大，小小的光屏接收不了。

还有成实像时，发现像不能成在光屏中央，应如何调整？比如发现像成在光屏右下角，怎样调整才能使像成在光屏中央？可以有三种方法：保持烛焰、凸透镜不动，直接把光屏向右下角调整；保持烛焰、光屏不动，把凸透镜向左上角调整；保持光屏、凸透镜不动，把烛焰向右下角调整。

一些程度较好的同学可能会提出这样的问题：凸透镜成实像时，像与物体上下是颠倒的，此时像与物体左右是否相反？答案是肯定的。我们可以通过实验进行研究。最简单的方法是轻轻吹一下烛焰，看光屏上烛焰的像向哪个方向飘动，若两个飘动的方向相同，则说明像与物体左右不相反；若两个飘动的方向相反，则说明像与物体的左右也相反。也可以取一高一低两支蜡烛同时放在凸透镜前，要使它们紧靠在一起并且物距相同，光屏上便出现高低不同的两个烛焰的像，比较烛焰和它们的像的位置关系，便可知道像与物体的左右是否相反。

在学生实验的基础上，让学生自己总结凸透镜的成像规律，并让他们书面或口头表述自己的观点。使学生知道：凸透镜既能成实像，也能成虚像；既能成放大的像，也能成缩小的像；既能成正立的像，也能成倒立像。总结出凸透镜成像的规律：

当物距大于二倍焦距时，成倒立、缩小的实像。

当物距等于二倍焦距时，成倒立、等大的实像。

当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时，成倒立、放大的实像。

当物距小于焦距时，成正立、放大的虚像。

换一个焦距不同的凸透镜，重复上述实验，验证你所得的结论。

通过实验我们能发现，一倍焦距和二倍焦距是成像的两个重要分界点，一倍焦距为成倒立实像与正立虚像的分界点；二倍焦距为成放大实像与缩小实像的分界点。

引导学生实验并思考：当物体从一倍焦距逐渐远离凸透镜时，像距和像的大小怎样变化？从一倍焦距逐渐靠近凸透镜时，像的大小又怎样变化？（在真实实验的基础上也可用计算机模拟整个过程。直接观看凸透镜成像的整个动态变化，从而对凸透镜成像形成一个宏观的整体的认识）。

为了帮助大家记忆，可以利用口诀：

一焦分虚实（即物体在一倍焦距以内成虚像，一倍焦距以外为实像）

二焦分大小（即物距小于二倍焦距，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）

其中一、二两句是对成像情况的总体把握，三、五两句是成像情况的静态分析，四、六两句是成像情况的动态描述。

通过这节课你学到了什么？学生回答或与同学们进行交流，老师恰当总结。