《探究凸透镜成像》教学案例

徐在菊　高铁军

【摘 要】本文在研究光的折射的基础上，要求学生通过科学探究，归纳和总结出凸透镜的成像规律。锻炼学生熟练的实验操作技能与技巧，使学生经历科学探究的基本过程，激励学生勇于发表自己的意见，有与别人交流合作、反思评估的意识。

【关键词】凸透镜 成像规律 物距

教材分析：本节是在研究光的折射的基础上，要求学生通过科学探究，归纳和总结出凸透镜的成像规律。锻炼学生熟练的实验操作技能与技巧，使学生经历科学探究的基本过程，激励学生勇于发表自己的意见，有与别人交流合作、反思评估的意识。同时，本节又是学习眼睛及视力矫正、学习其它光学仪器的基础，所以本节在初中光学部分中占有重要位置。

学生现状：凸透镜在学生现实生活中是普遍存在的，如放大镜、照相机和幻灯机的镜头等。学生最熟悉的莫过于放大镜了，而他们又往往认为，放大镜只起“放大”作用。对于“成像”，学生是不明白的，或者说是模糊的。

设计思路：教学中立足于以学生为本的教育思想，充分发挥学生的主体作用。基于学生的认知现状，让学生经历探究凸透镜成像规律的全过程。让学生在动手动脑、合作互动中自主探究。以小实验提出问题，引入新课，整个课堂教学中，教师只起引导作用，让学生在实验探究的过程中积极主动的学习。

教学目标（三维）：

1.知识与技能：（1）知道发光体所成像的虚实、正倒、大小跟发光体位置的关系；（2）通过实验，探究凸透镜成像的基本规律。

2.过程与方法：凸透镜成像实验培养实验操作能力和对实验现象、数据的初步分析能力。

3.情感、态度与价值观：学会对探究结果进行交流评价，通过实验，养成严谨的科学态度和团结合作的精神。

教学重点：让学生知道科学探究中制定计划与设计实验的意义、方法，以及让学生知道凸透镜成像的规律

教学难点：如何让学生通过科学探究知道科学探究中制定计划与设计实验的意义、方法

教学方法：点拨、启发、诱导、实验探究

教学用具：光具座、焦距为10cm的凸透镜、光屏、蜡烛、火柴、多媒体课件

教学过程：

1．活动

师：同学们的实验桌上都有一个凸透镜，请同学们利用手中的凸透镜，观察近处及远处的物体，看看有没有新的发现？

（学生很有兴趣的拿起凸透镜，开始做实验）

师：同学们都观察到了什么？

生：我通过凸透镜观察课本上的字，看到了放大的字，就像放大镜一样。

师：你看到的字是正立的还是倒立的？

生：正立的。

师：还有其它的发现吗？

生：我通过凸透镜，观察窗外的树木，我看到了倒立、缩小的树。

师：很好！其它同学有这个发现吗？

（有些同学摇头）

师：好！现在请大家伸直手臂，透过凸透镜，观察一下老师。

（学生实验，很快非常兴奋）

生：啊，老师倒过来了。

生：老师变小了。

（教师走近学生，再让学生观察）

生：老师变的大点了。但还是很小，还是倒立的。

2．问题

师：通过同一个凸透镜，我们却看到了不同的情况，你认为是什么原因造成的呢？

生：我认为物体到凸透镜的远近不一样，通过凸透镜观察到的情况是不一样的。

师：还有其它的猜想吗？

生：我也认为物体到凸透镜的距离会影响凸透镜的成像，我们刚才做的实验就说明了这一点。

师：那么我们的猜想对不对呢？凸透镜的成像有规律吗？今天，就让我们一起研究凸透镜的成像规律。

（引出课题）

3．实验计划

师：首先明确实验的目的：研究凸透镜成像的情况与物体到凸透镜距离的关系。（多媒体投影）

（介绍实验器材）

师：这是光具座（上有刻度）、中间放凸透镜，蜡烛做光源（物体），铁板做光屏，用此装置可以很方便的研究凸透镜的成像规律。

演示：点燃蜡烛，让物体通过凸透镜在光屏上成像，移动光屏，使光屏上呈现烛焰最清晰、最明亮的像。

师：当光屏上呈现最清晰、最明亮的像，此时，光屏的位置才是像的位置。

（改变蜡烛的位置，移动光屏，再做一次，让学生体会怎样才叫成像以及怎样确定像的位置）

（多媒体动画再演示一遍）

师：我们把物体到透镜中心的距离叫物距，用符号u表示。像到透镜中心的距离叫像距，用符号v表示。（多媒体投影）

演示：光屏向上（或向下）移动后固定，左右移动光屏，再找烛焰的像。

师：烛焰的像为什么找不到了呢？

生：因为光屏太靠上了，像不能成在光屏上,应把光屏往下落一点，就可在光屏上找到像了。

师：所以要求同学们在实验时，调节凸透镜的中心、烛焰的中心、光屏的中心大致在同一高度，（多媒体投影）否则找不到像，同学们可以调节烛焰的位置，改变物距，观察在光屏上成像的情况。

师：现在，请大家设法在光屏上得到放大以及缩小的像。并将实验数据填在课本表格中。（告诉学生凸透镜的焦距f=10cm）

4．实验

（学生根据要求进行实验，教师巡视指导，对学生在实验中出现的问题给予指导和帮助。）

学生实验完毕，教师将部分学生的实验数据在实物展台上投影。并让学生在黑板上写出几组成缩小、倒立、实像时的物距、像距，再写出几组成放大、倒立、实像时的物距、像距。

师：为什么像的性质是实像呢？

生：因为这些像都可以成在光屏上。

师：在前面我们还学习了什么像也是实像？

生：小孔成像成的也是实像，因为这个像也可以成在光屏上。

（教师观察黑板上的数据是否有误，对错误数据请全体同学验证其准确性，以得出正确数据）

师：请大家观察分析实验数据，你发现什么规律了吗？

生：我发现成放大、倒立、实像时的物距普遍比较小，而成缩小、倒立、实像时的物距普遍比较大。

师：也就是说，物体到凸透镜的距离比较近时，成放大实像。物体到凸透镜距离比较远时，成缩小实像。

生：对。

师：那么，在它们中间有没有一个位置，物体通过凸透镜成等大的实像呢？

生：应该有。

……

师：大家观察到了什么？

生：我看到了一个正立、放大、的虚像

师：看来，我们刚才总结的物距u<2f，成倒立、放大的实像的结论，还不够准确。物体离凸透镜较近时，会成正立、放大的虚像。这中间是否也有一个分界点呢？

生：有。

师：这个分界点在哪里呢？

（学生进行实验）

生：当u＜10cm时，在光屏上找不到像，但透过透镜看去，可看到一个正立、放大的虚像。所以我认为，u=10cm处，应该是成实像和虚像的分界点。

师：也就是说，一倍焦距处是成实像和虚像的分界点。

生：是。

师：那么我们刚才总结的物距u＜2f，成倒立、放大的实像的结论，该怎样进行完善？

生：应改为：u＜f,成正立、放大的虚像；

f＜u＜2f，成倒立、放大的实像。

5．规律

师：很好！下面，就让我们总结凸透镜的成像规律，完成下面的表格。

（多媒体投影，学生填写表格内容，教师点击答案）师：同学们填写的很好！那么从表格中，大家有没有新的发现？

生：我发现，成实像时，物距越大，像越小。

师：非常好！那么，我们的发现对不对？成虚像时，又有什么变化规律呢？下面，请同学们通过实验回答这两个问题。

（学生进行实验，教师巡视指导）

生：刚才发现的实像的变化规律通过实验证明是正确的。

生：成虚像时，规律正好相反。物距变大，像也变大。

师：同学们分析总结的非常好！凸透镜的成像规律我们是使用固定焦距的凸透镜研究的，但大量的实验表明，此成像规律对于不同焦距的凸透镜都是适用的。

6．布置作业

请思考：当物距变化时，像距的变化有什么规律吗？

7．后反思

首先以学生做的小实验开篇，既激发了学生的兴趣，又很自然的提出了探究的课题。确定课堂基调就是以实验来探究凸透镜的成像规律。整个教学过程，教师只起引导作用，教师是导演，学生是演员，整个凸透镜的成像规律都是由学生通过实验探究得到的。

为明确课堂重点，也为了和开篇提出的问题呼应，本节只研究了凸透镜的成像规律与物距的关系。当物距变化时，像距的变化规律是以课后作业的形式提出的，让学生课下思考得出。

<特点及自我评价>

为突出本节的探究性，有关凸透镜的基础知识是在课前提前学习的。由于学生对“像”的概念很模糊，所以探究之前，要明确什么叫做“成像”，以及怎样确定“像”的位置，为学生探究过程中得出正确的实验数据铺平道路。如果直接放手让学生自主探究，对学生来说，难度太大。所以，我采取启发诱导、层层推进的方法，让学生逐步得出凸透镜的成像规律。尤其对于当物距等于焦距时，不成像，学生无法通过实验得出。所以，教学中，采取让学生找放大实像和放大虚像分界点的方法，巧妙的得出1倍焦距分虚实，焦点处不成像。

通过现象提出问题，并通过实验探究来解决问题，是初中生普遍缺乏的一种能力。本节应是一堂典型的实验探究课，不过，在探究的开放度上仍略显不足。

参考文献：

[1]义务教育物理课程标准实验教科书编写组.物理（九年义务教育三年制初级中学教科书第二册）[M].上海:上海科学技术出版社.