初中物理《探究凸透镜成像规律》教学设计

设置体验性实验 突破探究难点- 探究凸透镜成像规律教学设计内容简析本节主要内容有：通过提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、实验与观察、分析与论证、交流与合作，探究凸透镜成像的规律；了解放大镜的工作原理。凸透镜成像规律是本章最重要的规律之一，让学生观察体验凸透镜成各种像的条件和像的特点，得到凸透镜成像的规律，是本节教学的重点。凸透镜成像的规律涉及到物距、焦距，像的大小、倒正、虚实等，成像情况比较复杂，对于学生来说，做好“凸透镜成像规律”的实验虽然并不太难，但通过实验得出凸透镜成像的规律，并记住它，确有一定的难度，因而是本节教学的难点。目标定位本节课把凸透镜成像作为培养学生科学探究能力的载体。要求学生通过自己的实验探究学习凸透镜成像的规律，体验和感受研究的过程，领会研究的方法，同时还要知道凸透镜成像的规律，了解凸透镜成像规律在实际中的应用。因而本课教学目标如下：一、知识与技能知道凸透镜成像的规律。知道放大镜的工作原理。二、过程与方法经历探究凸透镜成像规律的全过程，通过实验探究，得出凸透镜成像的规律。三、情感态度与价值观在实验探究凸透镜成像规律的过程中，体验参与的快乐和成功的喜悦，养成积极主动与他人交流合作的习惯。方法阐释探究凸透镜成像的实验需要的器材较多（如凸透镜、光屏、物体、光具座或刻度尺等），对操作的要求较高（如调整凸透镜、物体、光屏的中心在同一高度，寻找清晰的像的位置等），需要观测的项目众多（如物距、像距、像的大小、像的倒正、像的虚实等），因此，它是初中物理中比较困难的实验之一。如果让学生按照教师拟好的实验步骤进行实验，比较容易完成实验、获得寻找凸透镜成像规律所需要的数据。但是这样做，很多学生不知道自己每一步操作的目的，只是按方抓药式地机械操作，难以达到对实验过程和方法的体验和领会，也就不能真正落实让学生经历科学探究过程、培养科学探究能力的新课程目标。因此，本节课按照学生认知规律，让学生通过一系列自主学习活动，经历探究的过程，得出凸透镜成像规律。教学流程 I 自主预习形成环节一 认识感知凸透镜1.思考：能否把桌面上的透镜分为两类？比一比谁的方法多。2. 如何利用激光灯、矿泉水瓶、蚊香、火柴研究凸透镜和凹透镜对光的作用?思考：如何把光线显现出来?看一看谁的方案更可行?并画下光路图：3.小结：主光轴：_；光心：_焦点：_；焦距：_【设计意图】让学生感受凸透镜对光的会聚作用，加深 对 焦点、焦距的 认识。环节二 准备探究凸透镜成像规律提出问题1.实验体验 1：通过凸透镜观察课本上的字，前后移动凸透镜，看到的“字”有什么变化？2.实验体验 2：（1）将凸透镜对着窗外的景物（树木或建筑物），在透镜另一侧，用白纸做光屏，前后移动凸透镜，看能否在光屏上得到室外景物的像。（2）减小(或增大)凸透镜与窗外的景物（树木或建筑物）的距离，适当移动光屏获得清晰的像，观察像的变化情况。（3）观察其它物体通过凸透镜所成像的情况（大小、倒立正立、能否在光屏上呈现）。根据实验体验，提出想要探究的问题：尝试猜想对比思考：在以上实验中，同一物体通过同一凸透镜成像大小变化的原因。猜测凸透镜成像情况跟可能跟_有关。【设计意图】让学生通过实验发现“近处的物体成的像较大，远处的物体成像较小”的事实， 认识到物体通过凸透镜所成的像的情况（大小等特点）跟物体到透镜的距离有关， 为学生提出问题，作出猜想提供帮助， 较好地突破了“ 在探究活动 中，应该探究什么、如何去探究”的难点。制定计划设计实验:1.阅读课本了解以下内容：（1）物体到光心的距离简称为_。（2）像到光心的距离简称为_(v)。（3）认识光具座。2.设计实验:思考：（1）为验证你的猜想，需要哪些器材？ （2）为了使像成在光屏的中心上蜡烛、透镜、光平三者的高度有什么要求？（3）探究凸透镜成像规律需要不断改变物距，我们通常用焦距（或焦点）作为一个标准（参照）表述物距的变化情况，用物距跟焦距的相对大小关系描述物距的变化。探究思路:不断改变蜡烛与透镜的距离，观看成像情况，比较物距与焦距的关系。实验方案： （4）实验中需要收集哪些数据呢？需要观察哪些现象？请你设计一个表格，记录数据和观察到的现象。【设计意图】通过一系列问题引导学生明确探究方向、形成探究思路。II 合作展示探究环节一 出示交流展示内容和活动安排1谈谈你对凸透镜成像情况的初步认识。2交流探究通过凸透镜成像规律的实验方案。3小组展示学习成果，优化探究方案4实施分组探究，5全班交流展示探究成果【设计意图】明确本节课重点问题和活动程序，引 领学生小 组内的讨论交流、 实验探究以及全班范围内的展示交流活动。环节二 小组讨论 个人预习成果1讨论交流对凸透镜成像现象的认识、体会。2讨论交流探究探究透镜成像规律的方案。【设计意图】实施小组内的合作学习，加深 对凸透镜成像现 象的认识、体会，形成探究折射规律的初步方案，降低探究 难点。环节三 展示交流 小组合作学习成果展示一：实验体验 提出问题老师启发：同学们通过实验，有什么发现？当凸透镜距离书本比较近时，透过凸透镜书观察本上的字，可以看到字被放大了，当凸透镜更加靠近书本时，看到的字会变小一些；当稍微增大书本与凸透镜之间的距离时，看到的字有所增大。当凸透镜距离书本比较远时，看到的字就倒过来了。用凸透镜观察窗外的树木，看到的是倒立的缩小的像。用凸透镜对着窗户，在凸透镜后面的白纸上可以看到窗户倒立的缩小的像；老师点拨：同一个凸透镜，观察近处书本上的字时可以看到字的正立放大的像，观察远处的树木，可以看到倒立缩小的像，说明物体通过凸透镜成像情况跟什么因素有关？跟凸透镜和物体之间的距离有关，距离远的时候成倒立缩小的像，距离大的时候成正立放大的像。我还发现：窗户通过凸透镜在白纸上成的像也会有变化，当离窗户远和近时，虽然都是倒立的像，但离窗户越近，成的像好像是越大一些像。正立的像不能用光屏呈现，倒立的像可以在光屏上显现出来。老师总结:能够用光屏承接的像是实像，不能能够用光屏承接的像是虚像。老师点拨：对于以上现象你有什么疑问，你准备弄清楚什么问题？物体通过凸透镜成像有什么规律？物体通过凸透镜成的像跟物体离凸透镜的远近有什么关系？凸透镜和物体之间的距离远的时候成倒立缩小的像，距离大的时候成正立放大的像。那么究竟多大距离成正立的像，多大距离成缩小的像？【设计意图】通过引导学生交流实验体验，帮助学生建立凸透镜成像情景，明确物体、凸透镜、像、光屏等术语，为后面描述成像规律铺平了道路，引导学生发现并提出问题。展示二：启发猜想老师点拨：同学们提出的问题都很有价值，在问题中都认识到“物距变化是导致像变化的原因”，那么请同学们考虑：怎样才能较为准确的描述物距的变化程度？可以用凸透镜的焦距为标准，拿物距跟焦距进行比较来说明物距变化的程度。老师点拨：同学们能否根据自己的体验，猜测一下成像的规律和物距变化之间的具体关系？当物距小于像距时，形成正立、放大像，当物距大于像距时，形成倒立缩小像。【设计意图】通过引导学生根据观察到的现象对问题作出猜想，明确探究目标， 为后面的设计实验和实验探究做好铺垫。展示三：探究方案老师点拨：怎样通过实验探究凸透镜成像规律，验证猜想？通过观察“改变物距时，像的变化情况”，分析归纳出凸透镜成像的规律。让物体分别在焦点以外和焦点以内时，观察凸透镜成像情况。课本上还有个 2 倍焦距，有什么作用？是否也需要 2 倍焦距物距进行比较呢？老师点拨：最后这个想法，大家可以在实验中试试看。如果是个特殊的点，我们就可以把探究物距大于焦距时的规律分成两种情况去探究：一是物距大于焦距，小于 2 倍焦距；二是物距大于 2 倍焦距【设计意图】重点引导学生的探究思路。 对于学生不明白为 什么要跟 2 倍焦距比较，没有具体解释，只是提醒学生通过实验自己探索这个问题， 为学生留下想象的空间，有助激发探究兴趣。环节四 实验探究 1 收集数据1.先测出凸透镜的焦距为_ 。2为了便于测量物距和像距应将凸透镜固定在光具座上。引导学生用蜡烛和光具座做实验。提醒学生注意：为了便于观察成像的情况，在实验时要将凸透镜、光屏和蜡烛火焰的中心调在同一高度。将点燃的蜡烛分别放在焦点以内或焦点以外，从光具座的刻度尺上读出来的物距和像距，以及观察到的成像情况：像的放大、缩小或像的倒、正等记录在设计好的表格中。实验次数像放大或缩小像的正、倒 物距 u/cm 像距 v/cm1 缩小2 缩小3 放大凸透镜焦距f=_cm4 放大3.用不同的透镜，重复以上步骤，看能否得出相同的结论。环节五 展示交流 探究结论老师启发：根据你们的实验数据，可以得出什么结论？ 当物距大于 2 倍焦距时，成缩小、倒立的像；当物距大于焦距，小于 2 倍焦距时，成倒立放大的像；当物体位于凸透镜焦点以即物距小于焦距时，成正立放大的像。当物距大于像距时，成倒立缩小的实像；当物距小于像距时，成倒立放大的实像。老师点拨：物距等于像距时会怎样? 物距等于像距时,成倒立等大的像。当物距小于焦距时，不能成像。【设计意图】学生自主完成探究实验，教 师只是起到引导组织 的作用。教 师布置实验时，并没有面面俱到得把所有问题介绍给学生，而是重在引 领 学生得探究思路，有些 实验中可能遇到得问题则留在巡回指导学生实验得过程中解决， 给学生以更多的思 维空间和操作空间。环节六 实验探究 2 观察虚像 完善规律老师点拨：刚才有的同学说：当物距小于焦距时，不能成像，下面我们都试试看，是否是这样？是的，把蜡烛放在焦点以内时，无论怎样移动光屏，都不能在光屏上看到蜡烛的像。老师点拨：请把光屏拿掉，然后从光屏一侧透过凸透镜看过去，又什么发现？”看到一个放大的蜡烛。老师点拨：你看到的是蜡烛还是蜡烛的像？看到一个正立放大的蜡烛的像。 老师提问：这是个实像吗？ 教师引导：“如果是实像，在成像处放一个光屏，光屏上就会呈现出像来，试一试！”学生实验后，教师组织引导学生对本次实验探究的结论进行梳理总结，完成了这次科学探究之旅。【设计意图】对于物体通过凸透镜成虚像的问题，教 师侧重于 让学生体验正立放大的虚像，而没有设计更多的探究过 程。 这是因为一方面学生受凸透 镜成实像的影响，不容易意识到会在凸透镜的物体一侧成像，另一方面，这部分也不是重点，故予以适当简化，让学生知道其成像规