第五节《科学探究：凸透镜成像》

第五节科学探究：凸透镜成像教学目标一、知识与技能目标：知道凸透镜成像的规律。

二、过程与方法目标：探究凸透镜成像规律：1、培养初步的观察能力和提出问题的能力；2、尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想；3、学习拟定简单的实验方案；4、学习从实验中归纳简单的科学规律，培养初步的分析概括能力，创新能力。

三、情感态度与价值观目标：1、具有对科学的求知欲；2、养成实事求是、尊重自然规律的科学态度；3、善于与他人合作，具有合作精神。

（说明：根据《物理新课程标准》第三部分内容标准的要求，这节课应“探究并知道凸透镜的成像规律”，因此可将知道凸透镜的成像规律作为这节课的知识与技能目标；《课程标准》中要求探究凸透镜成像规律，因此，过程与方法目标中重点培养学生的探究能力；这节课学生可经历提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验和分析论证等几个要素，因而在过程与方法目标中又设置了对科学探究要素的教学要求。

）教学重点1、知道凸透镜成像的规律；2、培养学生的科学探究能力。

教学难点凸透镜成放大虚像的条件及像的性质。

（说明：根据《物理课程标准》第三部分内容标准中的要求，“探究并知道凸透镜的成像规律”，因此，培养探究能力使学生学会自主探究是这节课主要完成的教学目标之一。

因此，这节课除了使学生知道凸透镜成像规律之外，培养学生的科学探究能力也是这节课的教学重点。

）教学方法探究式教学法。

教学过程一、引入新课：让学生透过凸透镜观察周围远处、近处不同的物体。

师：请描述一下看到的现象。

生：描述看到的现象。

如：看到远处的物体是倒立的、缩小的，近处的物体是放大的、正立的等。

（说明：学生经历了观察物理现象的过程，并简单描述所观察物理现象的主要特征，培养了学生的观察能力；通过对奇妙现象的观察，激发学生的好奇心和求知欲。

）二、探究过程：（一）提出问题：师：通过对刚才现象的观察和对照相机、投影仪、放大镜成像情况的了解，你还想知道些什么？生：讨论并表达自己想知道的问题，例如：凸透镜在什么条件下成放大的像？缩小的像在什么情况下形成？为什么会出现倒立的像？……（板书学生所提的问题）师：这些问题都值得我们去探究了解，本节内容我们就对凸透镜构造特点及其成像规律的有关问题进行探究。

（板书：第三节（第一课时）透镜及其特点）(说明：鼓励学生尽可能多地提出问题，教师象凹透镜一样将学生的思维发散出去，培养学生提出问题的能；对学生的问题加以归纳，分类，像凸透镜一样将学生的思维汇聚到本课探究的课题上。

学生在相互探讨中，提高了初步的提出问题的能力。

)1、凸透镜：（1）形状：中间厚边缘薄（2）对光有汇聚作用（3）有两个实焦点2、凹透镜：（1）形状：中间薄边缘厚（2）对光有发散作用（3）有了个虚焦点虚像：不是实际光线会聚成的，因此不能像投影仪或电影那样用屏幕去承接，也不能用胶片去感光，只能用眼睛直接观察。

实像：是射向凸透镜的光经过凸透镜会聚而成的，是实际光成的会聚点，能用光屏承接。

凸透镜与凹透镜三条特殊光线的作图规律（1）凸透镜中的三条特殊光线a、平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点射出。

（简称：平行入射过焦点。

）b、通过焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴射出。

（简称：过焦点平行射出。

）c、经过凸透镜光心O的光线传播方向不改变.。

（简称：过光心方向不变。

）（2）凹透镜中的三条特殊光线a、平行于主光轴的光线，经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线（虚线表示，在入射光线一侧）过焦点（虚焦点）。

b、过焦点的入射光线（延长线透过凹透镜另一侧的虚焦点），经凹透镜折射后，折射光线于主光轴平行。

c、过光心的光线不改变方向。

（二）猜想和假设：师：通过我们已经了解的关于凸透镜的知识和你的日常生活经验，你认为上述问题的答案可能是什么？生：讨论并对上述问题做出解释。

例如：照相机能使物体成缩小的像，照像时物体离照相机较远，因此当物体离凸透镜较远时，能成缩小的像……师：应该怎样去验证猜想是否正确呢？生：用实验的方法可以来验证猜想的正确性。

（说明：引导学生尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想，对学生所提出的意义不大的问题和明显不正确的猜想不要简单地否定，在充分肯定其积极性的同时，还要指出其正确合理的成分，使他看到自己的成绩，增强参与的勇气。

）（三）制定计划与设计实验：1、介绍实验器材（配合实验器材）：师：同学们的桌子上都有一只凸透镜，它的焦距我们在学习《透镜》一节中已经测出是10厘米，给大家一只蜡烛做物体，研究火焰所成的像。

一面光屏用来承接火焰的像。

大家可以将凸透镜、蜡烛、光屏固定在光具座上，从光具座的刻度尺上可以读出蜡烛到凸透镜的距离和光屏到凸透镜的距离，有了这些器材，你应该怎样做呢？生：设计实验的方法、步骤，并向全班同学介绍、交流。

例如：固定凸透镜、光屏，移动蜡烛，在光屏上找到像后记录实验现象；固定光屏、蜡烛、移动凸透镜，使光屏上成像。

……师：与学生交流并探讨出实验的方法和注意事项。

1、将凸透镜固定在光具座的中央，蜡烛和光屏放在凸透镜的两侧。

使火焰、透镜、光屏的中心在同一高度；2、将蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置，点燃蜡烛；3、移动光屏直到光屏上出现边缘清晰的蜡烛的像为止；4、记录下蜡烛到凸透镜的距离、像到凸透镜的距离、像的大小和倒正；5、将蜡烛向凸透镜移近一段距离，重复上述操作，直到不能在屏上得到蜡烛的像；6、继续把蜡烛向凸透镜靠近，试着用眼睛观察像在何处？像是怎样的？7、实验时注意分工合作，边实验边记录数据，并填入表格。

（四）进行实验与收集证据：（五）分析与论证：师：我们从实验中获得了许多数据，请同学们根据成像的情况对数据进行分类；生：根据成像的情况，数据可分为三类：一、倒立、缩小的像；二、倒立、放大的像；三、正立、放大的像。

师：成倒立缩小的像的规律是什么？生：学生讨论分析数据的特点并得出结论（若学生找不到2倍焦距这个分界点，教师可提示。

）。

物体到凸透镜的距离大于2倍焦距成倒立的缩小的像。

（板书结论。

）师：成倒立放大的像的规律是什么？生：讨论分析得出结论：物体到凸透镜的距离在2倍焦距和焦距之间成倒立放大的像。

（板书结论）师：成正立、放大的像的规律是什么？生：讨论分析得出结论：物体到凸透镜的距离小于焦距时成正立放大的像。

（说明：对数据首先进行分类可以降低分析论证的难度，分析论证由学生讨论交流得出既体现了学生的主体地位，又培养了学生的归纳、分析和概括的能力。

）一倍焦距分虚实。

u=f是成实像与虚像分界点，u>f成实像, u=f不成像,u<f成虚像;二倍焦距分大小。

u=2f是成缩小的像与放大的像分界点，u>2f成缩小的实像, u=2f成等大的实像,f<u<2f可成放大的实像．u<f 成放大的虚像;物近像远像变大，物远像近想变小。

实象皆倒立，虚象皆正立。

（六）评估（七）交流与合作师：这节课探究到的规律在生活中有哪些应用？测凸透镜焦距的方法方法一：a．让凸透镜正对着太阳光，拿一张白纸在它的另一侧来回移动，直到纸上的光斑最小为止；b．用刻度尺测出光斑到凸透镜的距离D；c．凸透镜的焦距f=D．方法二：a．在光具座上从左至右依次放蜡烛、凸透镜、光屏，点燃蜡烛，调整蜡烛、凸透镜、光屏，使它们的中心在同一高度，移动凸透镜和光屏，直到光屏上出现倒立等大的实像为止；b．测出蜡烛到凸透镜的距离D；拓展整合创新类型之一：凸透镜【例1】（05年重庆市）当小玲在观察阳光通过甲、乙两个眼镜在地面上形成的光斑时，发现两个眼镜形成的光斑不同。

阳光通过眼镜甲形成的光斑中间较四周亮，而阳光通过眼镜乙形成的光斑中间较四周暗，由此可以判断眼镜甲是透镜，眼镜乙是透镜。

解析：阳光通过眼镜甲形成的光斑中间较四周亮，说明眼镜甲对光有会聚作用，可以判断眼镜甲是凸透镜，阳光通过眼镜乙形成的光斑中间较四周暗，说明眼镜乙对光有发散作用，眼镜乙是凹透镜透镜。

答案：凸凹【例2】图4是一束光线通过透镜的光路图，其中正确的是()解析：A图应是通过光心的光线方向不变；B图应是跟主光轴平行的入射光线，经凸透镜折射后通过焦点；D图经凹透镜折射后的光线应变得发散．答案：C变式题：(03·南京)图表示分别从凸透镜的两倍焦距和一倍焦距处射出透镜的光线．请在图中画出它们通过透镜后的光路(P是与透镜距离等于2倍焦距的位置)．解析：如图所示由从凸透镜焦点发出的入射光线经折射后与主光轴平行，作过F点入射光线的折射光线．由物体在凸透镜二倍焦距处成倒立等大的实像在二倍焦距处，作过P点入射光线的折射光线．类型之二：凸透镜成像【例3】（05年连云港市）如图是用来研究凸透镜成像规律的实验装置示意图（屏未画出），当蜡烛和透镜放在图示位置时，通过移动光屏，可以在光屏上得到与物体等大的像。

若透镜位置不变，将蜡烛移到刻度为30cm处，则A．移动光屏，可以在屏上得到倒立放大的像B．移动光屏，可以在屏上得到倒立缩小的像C．移动光屏，可以在屏上得到正立放大的像D．不论光屏移到什么位置，都不能在屏上得到清晰的像解析：根据凸透镜成像规律可知在光屏上得到与物体等大的像，u=v=2f=30cm，f=15cm。

若透镜位置不变，将蜡烛移到刻度为30cm 处，此时物距u=10cm<f，所以不论光屏移到什么位置，都不能在屏上得到清晰的像。

答案：D变式题：某同学做“研究凸透镜成像”的实验，在实验中固定了透镜，无论怎样移动蜡烛和光屏，在光屏上都找不到像，则原因是_____________。

找到原因后在光屏上得到了像，如果蜡烛燃烧时间较长，蜡烛变短，则光屏上的像将向_____移动（选填“上”或“下”）。

解析：题中说“无论怎样移动蜡烛和光屏，在光屏上都找不到像”，说明不是物距或像距的原因，所以只有一个可能，即蜡烛火焰中心、光屏中心与透镜中心不等高。

如果蜡烛燃烧时间较长，蜡烛变短，根据凸透镜成像原理可知光屏上的像将向上移动。

答案：蜡烛火焰中心、光屏中心与透镜中心不等高上点评：在光屏上找不到像的原因很多，如物距小于焦距、蜡烛放在凸透镜的焦点上、蜡烛虽放在凸透镜的焦点外但靠近焦点，使所成像的像距过大超过了光具座的长度，这些情况（当然也包括蜡烛火焰中心、光屏中心与透镜中心不等高）无论怎样移动光屏，在光屏上都找不到像。

类型之三：综合应用创新【例4】一种手电筒上所有的聚光小电珠如图所示，其前端相当于一个玻璃制成的凸透镜，灯丝（可看作一个点光源）发出的光通过它出射时，出射光束（图中实线所示）比无此透镜时的光束（图中虚线所示）要窄，即它可减小光束的发散，有聚光功能。

在这种小电珠中，灯丝应位于（）A ．凸透镜的焦点以内。

B ．凸透镜的一倍焦距和两倍焦距之间。

C ．凸透镜的焦点处。

D ．凸透镜的两倍焦距处。

解析：把发光的灯丝视为一点光源，由凸透镜成像的规律可以得出灯丝发出的光通过凸透镜后所成光束的形状．当灯丝S 位于凸透镜焦点以外(即它与透镜的距离大于1倍焦距)时，S 通过透镜会成一个实像S’，如图所示，由图可见，此时透过透镜形成的光束是先会聚成一点后再发散；当灯丝S 位于凸透镜的焦点上(即它与透镜的距离等于l 倍焦距)时，s 发出的光通过透镜后成为一平行光束，如图所示；当灯丝S 位于凸透镜的焦点以内(即它与透镜的距离小于1倍焦距)时，S 通过透镜生成一虚像S’，S’与S 居于透镜的同侧且 S’离透镜较远，而在透镜的另一侧看起来，则光线好像是从S ’点发出的一样，如图所示，此时射出的光束比无此透镜时的光束(图中透镜左侧由S 射出的光束)要窄一些．由上分析知，形成图所示的光束，小电珠的灯丝应位于凸透镜的焦点以内．答案：A当堂检测反馈1．如图画出了光通过透镜前后的方向，填上适当类型的透镜．答案：(1)凹透镜 (2)凸透镜 (3)凹透镜 (4)凸透镜2．如图所示，一玻璃砖内有一凸形气泡，一束平行光垂直射向玻璃砖的侧面，通过玻璃砖后，光线将会( ) A ．仍然平行 B ．会聚 C ．发散 D ．无法确定解析：从图中同学们若不进行分析，很容易选B 为答案，这是错误的．因为凸形是气泡不是玻璃元件，故它不是凸透镜，这是一块玻璃砖被气泡分成两部分，这两部分都是中间薄，边缘厚，是凹透镜．因此对照过去的平行光有发散作用，所以C 是正确的．答案：C 3．关于观察凸透镜成像的问题中，下列说法中正确的是( )． A ．只有用光屏才能看到实像；B ．当透镜成实像时，不用光屏，在一定区域内也能看到实像；C ．不用光屏也能看到实像，而且观察区域与用光屏时一样D ．不用光屏只能看到缩小的实像．答案：B4.如图所示，鱼缸中只有一条小鱼，而眼睛从A 点可以观察到两条，一条鱼的位置变浅，另一条鱼变大．前者是由于__________________形成的____像(填“实”或“虚”)后者是由于鱼缸的____侧部分(填“左”或“右”)等效凸透镜而形成的____像(填“实”或“虚”)．答案：在水面处发生折射 虚 右 虚5.(04·桂林)张强同学在光具座上做“研究凸透镜成像”的实验中，当光屏、透镜及烛焰的相对位置如图所示时，恰能在光屏上得到一个清晰的像．由此判断，他所用凸透镜的焦距 ( ) A ．一定大于20 cm B ．一定在10 cm 到16 cm 之间 C ．一定小于8 cm D ．一定在8 cm 到10 cm 之间解析：由u=20 cm 与v=16 cm ，可知u>2f ，即20 cm>2f ，则f<10 cm ；f<v<2f 即f<16 cm<2f ，则8 cm<f<16 cm ，两个不等式解集为8 cm<f<16 cm ．答案：D第五节《科学探究：凸透镜成像》同步练习一、选择题：1、凸透镜对光线具有的作用是（ ）A 、光通过凸透镜成平行光B 、对平行于主光轴的光线才有会聚作用C 、对任何一个光束都有会聚作用D 、对成像的光束都有会聚作用2、凸透镜的焦距是10CM ，把点燃的蜡烛放在距凸透镜15CM 处，则蜡烛通过凸透镜成的像是（ ） A 、倒立、缩小的实像 B 、正立、缩小的实像 C 、倒立、放大的实像 D 、正立、放大的虚像3、当一个物体从离凸透镜一倍焦距处沿主光轴移到离凸透镜四倍焦距外，那么像（ ） A 、逐渐增大 B 、逐渐减小 C 、先增大后减小 D 、先减小后增大4、小军拿着一个直径比较大的放大镜，伸长手臂观看远处的物体，可以看到物体的像，下列说法正确的是（ ） A 、观察到的一定是正立的像 B 、观察到的一定是虚像C 、观察到的一定是放大的像D 、观察到的一定是倒立的像 5、物体通过凸透镜所成的像无法在光屏上显示的像是（ ）A 、正立的像B 、倒立的像C 、放大的像D 、缩小的像6、在焦距为30CM 的凸透镜前100cm 处，一支蜡烛以10Cm/s 的速度向凸透镜走近蜡烛运动5s ，则蜡烛最后成的像是（ ） A 、倒立、放大的实像 B 、倒立、缩小的实像 C 、正立、放大的虚像 D 、正立、缩小的虚像 二、填空题：7、通过水滴看书上的字，字是______的(填“缩小”或“放大”)，此时水相当于_______镜。