1、第三节 凸透镜成像的规律 【教学目标】一、知识与技能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。学会运用凸透镜成像规律解释一些简单的现象。二、过程与方法通过分组实验体验科学探究的全过程。学习从物理现象、实验数据中归纳科学规律的方法。三、情感态度与价值观通过探究性学习活动，获得成功的愉悦。 养成学生积极主动地与他人交流、合作的学习习惯。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。【教学重点】组织指导学生完成实验探究凸透镜成像的规律。【教学难点】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。【教学准备】教师用：凸透镜（焦距
2、10cm、5cm各一个）、光屏、蜡烛、光具座、火柴、玻璃球、多媒体ppt课件。学生用：凸透镜（焦距为10cm一个）、光屏、蜡烛、光具座、火柴。【教学过程】主要教学过程教学内容教师活动学生活动一、创设情境引入新课通过观看“蝴蝶杯显影”的神奇现象，激趣设疑，引入新课。【模拟实验】 蝴蝶杯显影过程加酒 【设疑】蝴蝶杯，古代饮器之一，以杯中“酒满蝶显，酒干蝶隐”的奇特视觉效果而千古流传，被世人美誉为“千金之宝”。注入酒后的蝴蝶杯为什么会显示出蝴蝶栩栩如生的画面呢？ （设计意图：以“蝴蝶杯显影”这一神奇现象创设课堂情境，激发学生的学习兴趣和求知欲望）【板书课题】5-3 凸透镜成像的规律观看模拟实验，感受
3、蝴蝶杯的神奇,思考老师提出的问题。二、合作探究，建构知识（一）提出问题（二）猜想与假设【复习提问】1. 照相机、投影仪、放大镜成像各有何特点？2. 它们成像时，物体到凸透镜的距离有何不同？【引导分析】照相机、投影仪和放大镜都是凸透镜在生活中的应用，但在使用时条件不同，使得成像结果不同：照像机是拍摄远处物体，使远处物体成缩小的像在胶片上；投影仪是将物体放的较近，而在较远处的屏幕上成较大的像；放大镜是将物体放得最近，它可以成比物体更大的像。可见，凸透镜所成像的正倒、大小、虚实跟物体到凸透镜的距离有关系。（设计意图：通过复习照相机、投影仪和放大镜的成像特点及各自物体到凸透镜距离关系，引导学生提出问题
4、，并为学生的合理猜想提供依据）【前置补偿】认识物距（u）和像距(v) 物距(u)：物体到凸透镜的距离。像距(v)：像到凸透镜的距离。（设计意图：前置补偿物距、像距，为提出问题时正确、简洁表述做铺垫）【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。思考后个别回答：1.照相机成倒立、缩小的实像；投影仪成倒立、放大的实像；放大镜成正立、放大的虚像。2.照相机成像时离镜头较远，幻灯机成像时离镜头较近，放大镜成像时离凸透镜最近。认识物距和像距，并会计算物距和像距的大小。【猜想】根据已有知识提出猜想：物距大，成倒立、缩小的实像；物距小，成倒立、放大的
5、实像；物距更小，成正立、放大的虚像。（三）设计实验【过渡】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
6、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。（设计意图：让学生明确实验注意事项以及需要记录的现象和数据，解决实验中会影响学生实验的难点或疑惑点，为学生分组实
7、验的成功扫清障碍。）熟悉器材，明确作用及放置顺序。【交流讨论】光具座上有刻度，便于观察物距和像距；用蜡烛火焰作为发光的物体；光屏用来承接实像。【实验方案】改变物距大小，观察不同物距所成像的大小、正倒、虚实。【交流讨论并操作】1.使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度。2.点燃蜡烛，使蜡烛位于凸透镜前某一位置，左右移动光屏，直到光屏上出现清晰的像，此时光屏的位置就是像的位置。若无论怎样移动光屏都得不到像，可取下光屏，直接用眼透过凸透镜观察。3. 固定凸透镜在光具座上，调节蜡烛和光屏的位置改变物距和像距。4.需记录像的正倒、大小、虚实，物距和像距，像与物的位置关系。表格见附件1（四）进行实验与收
8、集数据【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。（设计意图：为使实验结论能够顺利得出，给予学生实验适当的提示及要求）【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。【成果展示】在学生实验结束后，实物投影展示部分小组的实验数据。【收集数据】1
9、.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）（设计意图：通过分组实验，增强合作探究意识；多组实验总结成像性质并将对应的物距、像距通过多媒体展示，收集的数据更多，数据分析更具说服力）明确实验过程中需要注意的问题及实验操作的小技巧，使实验能够顺利完成。学生2人一组，合作探究，观察并记录蜡烛在凸透镜前不同位置时的物距、像距以及成像的性质，填入表格。【分析归纳】分析实验记录表格，归纳出成像性质的不同：倒立、缩小的
10、实像倒立、等大的实像倒立、放大的实像圆形光斑正立、放大的虚像（五）分析和论证【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。（设计意图：诱导学生思考物距大小的界定，给出焦距作为标准，引导学生比较物距与焦距的大小关系）【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
11、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？【板书】完成凸透镜成像的规律表格（表格见附
12、件3）（设计意图：引导学生由易到难分析物距与焦距的大小关系，全面分析凸透镜成像规律）【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u2f、u=2f 、fu2f、u=f、uf时成像性质及像距与焦距的关系。（设计意图：演示f=5cm时，物距处于不同焦距范围内的成像，与f=10cm时的现象对比，增强实验结论的可信度）【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？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
13、点？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？4.变化规律：（1）uf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？（2）uf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？【实验演示】演示uf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？【板书】补充凸透镜成像规律表格（见板书）【规律提升】用PPT课件播放凸透镜成像的Flash 动画，模拟物距不同时的成像情况及凸透镜成像的动态变化规律。【巧学妙记】一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，实像总是异侧倒，虚像总是同侧正，
14、物近像远像变大，焦点以内反变化。（设计意图：在已有实验结论的基础上深入分析凸透镜成像规律，利用Flash动画模拟实验现象，有利于增强学生对凸透镜成像规律的进一步理解，通过“巧学妙记”降低学生记忆难度）明确物距的大小是以焦距的大小为标准来界定的。【分析归纳】分析实验数据，归纳得出成像规律：1.u=f 不成像2. uf 成正立、放大的虚像，像物同侧3.u=2f 成倒立、等大的实像，像物异侧4.u2f 成倒立、放大的实像，像物异侧5. fu2f 成倒立、放大的实像，像物异侧6. u=2f时, v=2ffu2f时, v2fu2f时，fv2fuf时, vu观察实验现象，与f=10cm时凸透镜成像对比，确
15、定实验结论的正确性。【成果展示】1. uf时成倒立像，uf成正立像，所以焦点是正立像和倒立像的分界点。2.uf时成实像，uf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. u2f时成缩小像，u2f时成放大像，所以2f是成放大像与缩小像的分界点。4.（1） uf成实像时，物距减小，像距变大，像变大；（2）uf成虚像时，物距减小，像距减小，像变小。5. u2f，照相机fu2f, 投影仪uf， 放大镜观看动画，进一步认识和理解凸透镜成像的规律。记录凸透镜成像规律的口诀，并理解其含义。（六）评估交流在实验过程中，出现了哪些问题影响了实验的正常进行或影响了实验结论
16、的正确得出，对该实验你还存在哪些疑问，请组内交流并反思自己的实验过程。【想想做做】1.当u=f时，凸透镜为什么不成像？有什么应用？2.当u=2f时，成倒立、等大的实像，你能否利用这一规律测量一未知凸透镜的焦距？【板书】补充凸透镜成像规律表格（见板书）3.某同学实验时用白纸遮住了部分透镜，还能成完整的像吗？像有什么变化？4.某同学实验时像成在了光屏的上方，要使像成在光屏中心，可以将蜡烛怎样移动？（设计意图：提出学生可能存在的疑问，让学生通过分析或实验来解决，学会理论联系实际。）【蝴蝶杯显影释疑】1.结构2.显影原理（a）没酒水时，蝴蝶图片在凸透镜的焦点上。（b）注入酒水后，酒水和凸透镜的共同作用
17、相当于增大了凸透镜的焦距，使蝴蝶图片在凸透镜焦点以内，成正立、放大的虚像。（c）蝴蝶杯显影光路图。（设计意图：呼应创设情境，让学生了解蝴蝶杯显影的原因，增强学生对物理知识在生活中应用的认识）组内反思实验过程，交流讨论实验过程中存在的问题，并改进。【成果展示】交流讨论、实验：1.物体在焦点上，发出的光经凸透镜平行于主光轴，故不成像，可获得平行光2.求焦距：成等大实像时，f=u3.通过实验观察知：仍能成完整的像，像变暗。4. 通过实验观察可知：蜡烛向上移动。认识蝴蝶杯的结构，了解蝴蝶杯“酒满蝶显，酒干蝶隐”的原因。【盘点收获】引导回顾实验探究过程，盘点凸透镜成像的规律 学生盘点知识和技能方面的收获
18、。【课堂检测】巡视学生完成检测题（见附件4），精当点评完成检测题【家庭作业】分发作业题（见附件5）课后完成【板书设计】5-3 凸透镜成像的规律物距u像距v像 的 特 征应用正倒大小虚实位置变化规律u2ffv2f倒立缩小实像异侧物近像远像变大照相机u=2fv=2f倒立等大实像异侧求焦距fu2f倒立放大实像异侧投影仪u=f不成像，大小不变的圆形光斑平行光源u u145153附件3：凸透镜成像规律物距(u)像 的 性 质像距（v）正、倒大、小虚、实位置u2f倒立缩小实像异侧fv2fu=2f倒立等大实像异侧v=2ffu2f倒立放大实像异侧v2fu=f不成像，大小不变的圆形光斑uf正立放大虚像同侧vu附
19、件4：【当堂检测】1.在“探究凸透镜成像规律”的实验中，需调节_、_、_三者的中心大致在同一高度，即“三心同高”。2.将点燃的蜡烛沿凸透镜的主光轴，从大于二倍焦距处逐渐向透镜移动时，在光屏上可先观察到_、_的实像；当蜡烛移到距凸透镜二倍焦距时可观察到_、_的实像；接着移动蜡烛使物距在一、二倍焦距之间，可观察到_、_的实像；当蜡烛移到距凸透镜焦点时，在光屏上可观察到_，此时凸透镜不成像；接着移动蜡烛使物距小于焦距，此时在光屏上_（“能”或“不能”）承接到蜡烛的像，但可在凸透镜的另一侧观察到_、_的虚像. 3.同学们在探究“凸透镜成像规律”时，将蜡烛从远处逐渐靠近凸透镜的过程中，蜡烛经过_位置以后
20、，所成实像由缩小变成放大；经过_位置以后由实像变成虚像。4.如图所示，凸透镜的焦距为lOcm，保持透镜位置不变当蜡烛在20cm刻度处时，为了在光屏的中心找到像，应调整光屏的 ，并将光屏向 方向移动(选填“远离透镜”或“靠近透镜”)。 5.如图所示，a、b、c、d是距凸透镜不同距离的四个点，F为焦点其中照相机是根据物体放在 点时的成像特点制成的，幻灯机是根据物体放在 点时的成像特点制成的6用凸透镜正对着太阳，发现在凸透镜的另一侧10cm处的光屏上得到一个亮点，若将点燃的蜡烛放在位于凸透镜前15cm处时，光屏上得到的像是（ ）A正立放大的像 B.正立缩小的像 C.倒立缩小的像 D.倒立放大的像【当
21、堂检测】答案1.烛焰 凸透镜 光屏2. 倒立 缩小 倒立 等大 倒立 放大 圆形光斑 不能 正立 放大 3.二倍焦距处 焦点4.高度 靠近透镜5.a c6.D附件5：【课后作业】1.张晨在做研究凸透镜成像的实验时,保持凸透镜位置不变,如图所示,先后使烛焰位于a、b、c、d四点,并分别调整光屏的位置。实验后,他归纳出以下说法，其中错误的是（ ） A.烛焰位于a点时，屏上出现的实像最小 B.烛焰位于b点时，成放大的实像 C.烛焰位于c点时，屏上出现的实像最大D.烛焰位于d点时，成放大的实像2.在“探究凸透镜成像规律的实验”中，将蜡烛置于透镜前30cm处时，在另一侧的光屏上得到了一个倒立、放大清晰的
22、像，现保持透镜位置不动，将蜡烛和光屏的位置对调，则光屏上（）A.无法成像 B.呈现正立、放大的像C.呈现倒立、放大的像 D.呈现倒立、缩小的像3. 小明用凸透镜、蜡烛、光屏、刻度尺和光具座等器材，探究凸透镜成像的规律。 （1）如图所示，将凸透镜正对着太阳光，把光屏置于另一侧，改变光屏与凸透镜间的距离，直到光屏上出现一个 _ 的光斑，测得凸透镜的焦距是 _ cm。（2）实验前，首先应调节凸透镜、光屏和烛焰，使它们的中心在同一直线上，并且大致在 ，这样可以使像成在光屏的中心；小明将烛焰、凸透镜和光屏的中心调到同一高度后，无论怎样移动光屏，都不能得到清晰的像原因可能是 _。（3）实验过程中，当物距为
23、15cm时，在光屏上可得一个清晰的像这个像是 （选填“倒立”或“正立”）、 （选填“放大”、“缩小”或“等大”）的像生活中常用的 就是利用这个原理制成的；保持透镜位置不变，若希望看到更小的实像，应将蜡烛向_(选填“远离”或“靠近”)凸透镜方向移动，同时光屏向_(选填“远离”或“靠近”)凸透镜方向移动；当物距为8cm时，从光屏的一侧透过凸透镜可以看到一个正立、_（选填“放大”、“缩小”或“等大”）的 像（选填 “虚”或“实”），应用这一原理可以制成_.（4）实验一段时间蜡烛变短，要使烛焰像仍然成在光屏的中心，应将光屏向_移动。（5）如图乙所示，若将光源“F”放在30cm处，其大小如图丙所示，凸透镜固定在光具座零刻度线上，调整后，在光屏上得到清晰像，再用遮光罩将凸透镜的上半部分遮住，在光屏上所成像可能是下列四幅图中的( )4.在凸透镜的主光轴上分别作出物体处于2倍焦距以外、2倍焦距处、焦点和2倍焦距之间、焦点以内位置时所成像的大体位置及成像的正倒、大小、虚实。
