第五章 透镜及其应用第3节 凸透镜成像的规律设计说明“凸透镜成像的规律”这一节主要是让学生通过实验探究并知道凸透镜成像的规律，通过探究活动，体验科学探究的过程和基本研究方法。教学中，可结合生活实例和教材插图，引出物距和像距的概念，进而引导学生理解物距、像距、焦距之间的数学关系；探究“凸透镜成像的规律”实验，实验前先向学生介绍实验装置和操作方法，让学生明确实验目的，并按照操作步骤进行观察和实验，要注意调整烛焰、凸透镜和光屏，使它们的中心在同一高度。本实验的关键是实验数据的收集以及对数据的分析归纳，可指导学生设计一张记录数据的表格，学生实验完毕后再现实验场景，让学生用自己的语言表达出实验现象和归纳实验结论后再进一步总结，最后总结出凸透镜成像规律。学生初步掌握凸透镜成像的规律之后，结合课堂练习，考查他们的理解情况。结合实验进行练习，有助于学生对本实验有更深刻的理解。教学过程可分为四个阶段，第一阶段认识物距和像距；第二阶段进行实验探究，收集实验数据；第三阶段对实验数据进行分析归纳，以表格的形式得出凸透镜成像的规律；第四阶段对实验结论进行分析论证，交流心得体会。教学目标1.通过实验探究知道凸透镜成像的规律。2.通过探究活动，体验科学探究的过程和基本探究方法。3.体会实验探究活动在认识事物过程中的重要意义，建立生活与物理知识的联系。教学重点难点重点：对凸透镜成像规律的认识和理解。难点：引导学生实验，并从实验中得出凸透镜成像的规律。教具学生用：光具座、光屏、蜡烛、焦距为10 cm的凸透镜。教师用：光具座、光屏、蜡烛、火柴、焦距为10 cm的凸透镜、教学课件。教学过程回顾思考1.测定凸透镜焦距的方法有哪些？2.照相机、投影仪、放大镜各自的成像特点是什么？3.实像与虚像有哪些区别？导入新课1.多媒体导入：在上节课学习了照相机、投影仪、放大镜成像特点的基础上，教师通过flash动画展示照相机、投影仪、放大镜的成像特点及像的位置，在此基础上提出问题：凸透镜的成像有怎样的规律；引出本节课的课题。2.小实验导入：让学生拿起桌上的放大镜（或凸透镜）观察书本上的字，再让学生用它看远处的楼房，问：看到的像有什么不同？为什么会有这种不同？凸透镜成的像可能跟什么因素有关？引入并板书课题。进行新课探究点一物距和像距学生分组实验教师：请同学们拿起桌上的凸透镜观察书本上的字，你看到了什么？引导学生从像的倒正、大小、虚实等方面回答看到的字所成的像的特点。教师：用凸透镜看远处的楼房呢？你看到了什么？引导学生从像的倒正、大小、虚实等方面回答楼房所成的像的特点。教师：同学们观察得非常仔细，同样是凸透镜，但成的像有时放大，有时缩小；有时正立，有时倒立；有时是实像，有时是虚像。你们想想同样的凸透镜能成不同的像可能跟什么因素有关呢？引导学生比较各种情况下物体到凸透镜的距离得出结论。归纳总结：物体到凸透镜的距离叫做物距，用字母u表示；像到凸透镜的距离叫做像距，用字母v表示。例1（多选）某同学对凸透镜的光学特性进行研究，完成了下列实验：（1）将凸透镜正对着太阳光，在距透镜中心12 cm处得到一个最小最亮的光斑；（2）他再将该凸透镜和点燃的蜡烛分别固定在光具座上，移动光屏后得到一个清晰的像，如图所示。对于上述实验，下列说法正确的是（） A.该凸透镜的焦距f为6 cmB.实验（2）中，物距u为20 cmC.实验（2）中，物距u为30 cmD.实验（2）中，得到的像为放大的实像解析：将凸透镜正对太阳光，在距离透镜中心12 cm处得到最小最亮的光斑，可知该凸透镜的焦距f为12 cm，故A选项错误；物距是指物体到透镜光心的距离，从题图可以看出，物距u为20 cm，故B选项正确，C选项错误；由于fu2f，因此在光屏上能得到倒立、放大的实像，D选项正确。答案：BD探究点二探究凸透镜成像的规律1.提出问题教师：凸透镜不同的成像特点与物距有什么关系呢？根据凸透镜成像的不同情况，可以把上述问题具体为三个问题，即：（1）凸透镜成放大像和缩小像是否受到物距的影响？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？（2）凸透镜成正立像和倒立像是否受到物距的影响？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？（3）凸透镜成实像和虚像是否受到物距的影响？凸透镜在什么条件下成实像？在什么条件下成虚像？2.学生猜想利用多媒体展示上面三个问题，引导学生根据分组实验的现象进行猜想，猜想时要突出物距对成像特点的影响。3.设计实验教师：让学生根据猜想明确实验目的和实验方法，介绍实验器材，并说出器材在其中所起的作用。设计内容主要包括：（1）选择实验器材；（2）明确实验目的；（3）探讨实验步骤；（4）设计实验记录表格。引导学生讨论、举手发言，其他学生补充、改进实验方法。教师：根据学生的实验方法补充说明实验注意事项：如蜡烛、凸透镜、光屏的摆放位置；怎样观察清晰的像；怎样记录物距、像距等；并提醒学生，注意分工合作。教师：请同学们注意，实验中要调节烛焰中心、凸透镜中心和光屏中心，使三者在同一高度，这样可以使烛焰的像成在光屏的中央，便于观察像的特点。4.进行实验，收集数据教师：我们所用凸透镜的焦距为10 cm，请同学们根据实验方案开始做实验，注意收集实验数据并填入表格。引导学生进行实验。教师巡视，及时对学生探究过程中出现的问题进行指导，并鼓励最先完成实验的学生填写数据记录表格。物距像的性质像距物与像的位置关系（同侧或异侧）虚实大小正倒u2fu=2ffu2fuf5.分析归纳，得出结论教师：请同学们将实验数据填入表格，小组讨论，尝试总结凸透镜成像的规律。引导学生分析比较物距与一倍焦距、二倍焦距的大小关系，所对应的成像性质及像距的范围。归纳总结：凸透镜成像的规律物距像的性质像距物与像的位置关系（同侧或异侧）虚实大小正倒u2f实像缩小倒立fv2f异侧u=2f实像等大倒立v=2f异侧fu2f实像放大倒立v2f异侧uf虚像放大正立同侧教师：请同学们思考，当把物体放在焦点位置，即u=f时，物体会成怎样的像呢？引导学生实验探究：把蜡烛放在焦点上，移动光屏，看能否成像。归纳补充：u=f时，不成像，但可以得到平行光。例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）例2 （2019哈尔滨中考）在探究“凸透镜成像规律”实验中，已知凸透镜焦距为10 cm，所用光源为新型“蜡烛”（新型“蜡烛”薄且烛焰稳定）。（1）调整好器材后，进行实验，某次实验结果如图甲所示，凸透镜成这种像的条件是________。将“蜡烛”A从此位置在光具座上逐渐靠近透镜，发现经过图中________位置后，无论怎样调节光屏都无法承接到像，只能透过透镜观察到正立、放大的虚像，如图乙所示。甲 乙（2）“蜡烛”移到距透镜二倍焦距处，观察光屏上的像感觉与物等大，请你简述证明像与物等大的办法。（器材足够用）（3）君妍同学用凸透镜观察书上的字，如图所示，她换用不同焦距的凸透镜放在原位置再次观察，发现像发生变化，便萌生了探究凸透镜所成像与焦距关系的想法，请写出需要收集的证据。解析：（1）凸透镜成像的条件是物距和焦距的关系，如题图甲，物距大于像距，成倒立、缩小的实像，即物距u2f；已知凸透镜的焦距是10 cm，所以当蜡烛经过40 cm刻度线的位置后，物距uf，成正立、放大的虚像，无法用光屏承接。（2）联系平面镜成像大小比较的方法，我们可以取一支和A完全相同的蜡烛放在成像的位置，看能不能与像重合，若重合，则验证像和物大小相等。（3）要探究凸透镜所成的像与焦距的关系，应控制物距不变，使用不同焦距的凸透镜，观察成像的性质有什么变化，因此需要收集的证据有凸透镜的焦距、像的大小、正倒、虚实。答案：（1）u2f40 cm刻度线（2）取另一支和A完全相同的蜡烛放在成像的位置，观察能否和像重合。（3）凸透镜的焦距、像的大小、正倒、虚实。探究点三凸透镜成像规律的理解教师：对于凸透镜成像的规律，同学们要理解以下几点：（1）成放大的像时必定像距大于物距，成缩小的像时必定像距小于物距。（2）焦点处是成虚像和实像的分界点，当物距大于透镜的一倍焦距时，物体成实像，当物距小于透镜的一倍焦距时，物体成虚像。（3）二倍焦距处是成像大小的分界点，当物距大于透镜的二倍焦距时，物体成缩小的像，当物距小于透镜的二倍焦距时，物体成放大的像。（4）凸透镜所成的实像都是倒立的，像和物体位于透镜的两侧；虚像是正立的，像和物体位于透镜的同侧。（5）凸透镜成实像时，当物体从较远处向透镜靠近时（物距变小），像到透镜的距离（像距）逐渐变大，像也逐渐变大。（6）凸透镜成虚像时，物体远离凸透镜（但始终要在焦点以内），所成的虚像变大。归纳总结：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；成实像，物近像远像变大；成虚像，物近像近像变小。例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）例3探究凸透镜成像规律的实验示意图如图所示，a、b、c、d、e是主光轴上的五个点，在这五个点中，把烛焰放在________点上，可以成正立、放大的虚像；把烛焰放在________点上，所成的像最小；把烛焰放在________点和________点上都可以成倒立、缩小的实像；把烛焰放在________点和________点上都可以成倒立、放大的实像。解析：e点在一倍焦距以内，物体在该点上成正立、放大的虚像；a、b在二倍焦距以外，物体在这两点上成倒立、缩小的实像，a较远，物体在该点上所成的像最小；c、d在一倍焦距和二倍焦距之间，物体在这两点上成倒立、放大的实像。答案：eaabcd探究点四凸透镜成像规律的应用教师：请同学们回忆我们上节课学习的照相机、投影仪、放大镜各自的成像特点是什么？引导学生回答成像特点。教师：请同学们根据凸透镜成像规律的表格，分析三种光学设备分别符合哪一条成像规律？并补充到表格中。引导学生在探究点二表格的基础上，添加应用一栏，将表格补充完整。归纳总结：倒立、缩小的实像应用于照相机；倒立、放大的实像应用于投影仪；正立、放大的虚像应用于放大镜。例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）例4当烛焰、透镜、光屏三者在如图所示的位置时，烛焰在光屏上恰好成清晰的像，则下列光学器件正常使用时，与这个烛焰成像特点相同的是（）A.放大镜B.照相机C.投影仪D.监控摄像头解析：由题图可知，uv，根据凸透镜成像规律可知，此时成一倒立、放大的实像。放大镜成的是正立、放大的虚像，照相机和监控摄像头成的是倒立、缩小的实像，投影仪成的是倒立、放大的实像，故C选项符合题意。答案：C点拨：根据物距u与像距v的大小关系判断成像的性质：像与物在透镜两侧，当uv时成倒立、放大的实像；u=v时，成倒立、等大的实像；uv时成倒立、缩小的实像。课堂小结当堂达标（见导学案“当堂达标”）参考答案1.B2.B3.C4.C5.虚像照相机6.放大右布置作业教材第99页“动手动脑学物理”第1至6题。板书设计1.物距：物体到凸透镜的距离，用字母u表示。2.像距：像到凸透镜的距离，用字母v表示。3.三心同高：烛焰中心、凸透镜的中心、光屏中心位于同一高度，目的是让烛焰的像成在光屏的中央，便于观察像的特点。4.凸透镜成像规律：记忆口诀：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；成实像，物近像远像变大；成虚像，物近像近像变小。教学反思__ ________ ________ ________ ________ ________