5.3凸透镜成像的规律 教学设计 -2023-2024学年人教版物理八年级上学期

5.3凸透镜成像的规律教学设计---2023-2024学年人教版物理八年级上学期课题课时教学内容分析1.本节课的主要教学内容。人教版物理八年级上册第五章第三节“凸透镜成像的规律”，主要探究凸透镜成像时物距u、像距v与焦距f的关系，总结u>2f、f<u<2f、u<f三种情况下的成像特点（虚实、正倒、大小），以及实像与虚像的区别。

2.教学内容与学生已有知识的联系。学生在第五章第一节已学习透镜对光的作用，掌握凸透镜的焦点、焦距概念，理解光心、主光轴，为本节课探究成像规律奠定实验基础，通过实验分析u、v、f关系，深化对凸透镜成像特性的认识。核心素养目标分析学习者分析1.学生已经掌握了透镜的基本概念、光路作图及凸透镜对光的作用，理解焦点、焦距等术语，具备初步的光学实验操作能力。

2.学生对实验探究兴趣浓厚，动手能力较强，但抽象逻辑思维尚在发展中，偏好直观现象观察；学习风格以实践体验和小组合作为主。

3.学生可能难以准确测量物距、像距，容易混淆实像与虚像的判断标准，在总结u、v、f定量关系时易出现逻辑跳跃，需通过阶梯式实验引导突破难点。教学资源准备1.教材：确保每位学生配备人教版物理八年级上册第五章第三节教材及配套实验报告单。

2.辅助材料：准备凸透镜成像规律动态演示视频、光路示意图及成像特点对比表。

3.实验器材：每组配备光具座、焦距不同的凸透镜、光屏、蜡烛、刻度尺及火柴，检查器材完好性与安全性。

4.教室布置：划分6个实验操作区，每组配备独立实验台，预留黑板区域记录实验数据。教学过程设计五、教学过程设计

**（一）导入环节（5分钟）**

教师手持放大镜、照相机、投影仪模型，提问：“生活中这些工具都利用了凸透镜，但成像特点不同——放大镜成的像是正立放大的，照相机成的是倒立缩小的，投影仪成的是倒立放大的。为什么凸透镜能成不同的像？成像规律与什么因素有关？”学生自由发言，教师引导：“可能与物体到凸透镜的距离（物距）有关。今天我们通过实验探究凸透镜成像的规律。”板书课题“5.3凸透镜成像的规律”，明确本节课目标：探究物距u、焦距f与成像性质（虚实、正倒、大小）的关系。

**（二）讲授新课（20分钟）**

1.**复习旧知，明确实验原理（3分钟）**

教师提问：“凸透镜对光有什么作用？”学生回忆：“凸透镜对光有会聚作用，焦点F到光心O的距离叫焦距f。”教师展示光路图，强调：“凸透镜成像是由物体发出的光经凸透镜折射后会聚（或反向延长线会聚）形成的。”

2.**设计实验，明确步骤（5分钟）**

教师出示光具座、焦距f=10cm的凸透镜、蜡烛、光屏、刻度尺，提问：“如何探究物距u与成像的关系？”学生分组讨论，教师总结实验步骤：

（1）将蜡烛、凸透镜、光屏依次固定在光具座上，调整三者中心在同一高度（使像成在光屏中央）；

（2）点燃蜡烛，将物距u分别调整为大于2f（如30cm）、等于2f（20cm）、小于2f大于f（如15cm）、等于f（10cm）、小于f（5cm）；

（3）移动光屏，直到光屏上出现清晰的像，记录像距v和像的性质（正倒、大小、虚实）；

（4）当u≤f时，光屏上不成像，从光屏另一侧通过凸透镜观察像的性质。

3.**分组实验，收集数据（7分钟）**

学生分组实验，教师巡回指导，重点强调：“u>2f时，像距v在f和2f之间，成倒立缩小实像；f<u<2f时，像距v>2f，成倒立放大实像；u<f时，成正立放大虚像。”学生记录数据，教师选取典型数据板书：

|物距u（cm）|像距v（cm）|像的性质|

|-------------|-------------|-------------------|

|30|15|倒立、缩小、实像|

|20|20|倒立、等大、实像|

|15|30|倒立、放大、实像|

|5|—|正立、放大、虚像|

4.**分析数据，总结规律（5分钟）**

教师提问：“观察数据，成像性质与物距u、焦距f有什么关系？”学生分组讨论，师生共同总结：

-u>2f时，成倒立缩小实像，f<v<2f；

-u=2f时，成倒立等大实像，v=2f；

-f<u<2f时，成倒立放大实像，v>2f；

-u≤f时，不成实像，成正立放大虚像（u=f时不成像）。

教师强调：“实像是实际光线会聚形成的，能承接在光屏上；虚像是折射光线反向延长线会聚形成的，不能承接在光屏上。”

**（三）巩固练习（10分钟）**

1.**基础练习（4分钟）**

教师展示题目：

（1）物体放在凸透镜前20cm处，凸透镜焦距为10cm，成什么像？

（2）用放大镜看报纸，应将报纸放在凸透镜的什么位置？

学生独立完成，同桌互评，教师点评：“（1）u=2f，成倒立等大实像；（2）u<f，成正立放大虚像。”

2.**小组讨论，拓展应用（6分钟）**

教师提出问题：“照相机、投影仪、放大镜分别利用了凸透镜成像的哪种规律？”学生分组讨论，结合生活实例分析：

-照相机：u>2f，成倒立缩小实像；

-投影仪：f<u<2f，成倒立放大实像；

-放大镜：u<f，成正立放大虚像。

教师补充：“凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，像变大；成虚像时，物距减小，像变小。”

**（四）课堂小结（5分钟）**

教师提问：“本节课你学到了什么？”学生总结：“凸透镜成像规律与物距u、焦距f的关系，实像与虚像的区别。”教师板书重点内容，强调：“实验探究是物理学习的重要方法，通过数据分析总结规律，培养科学思维。”

**（五）作业布置（5分钟）**

1.完成教材P98“动手动脑学物理”第1、2题；

2.设计实验探究凸透镜成实像时，像的大小与物距的关系，下节课分享。

**师生互动设计说明**：

导入环节通过生活实例提问，激发学生探究欲；讲授新课中，教师引导学生设计实验步骤，分组实验时巡回指导，确保操作规范；数据分析时，学生分组讨论，师生共同总结规律，突出学生主体地位；巩固练习中，通过基础练习和小组讨论，深化对规律的理解，结合生活实例培养应用能力。教学过程紧扣“实验探究—数据分析—规律总结”主线，突破“物距与成像性质关系”这一重难点，落实科学探究、科学思维的核心素养。教学资源拓展**1.拓展资源**

（1）凸透镜在生活中的具体应用实例：照相机利用u>2f成倒立缩小实像，镜头焦距较短，物距远大于焦距；投影仪利用f<u<2f成倒立放大实像，通过平面镜改变光路，将像投到屏幕上；放大镜利用u<f成正立放大虚像，焦距较长，物距小于焦距；显微镜由两组凸透镜组成，物镜成倒立放大实像，目镜成正立放大虚像，放大倍数为物镜和目镜放大倍数之积；望远镜分为开普勒望远镜（物镜和目镜都成倒立虚像，用于观察天体）和伽利略望远镜（目镜为凹透镜，成正立虚像，用于地面观察）。

（2）凸透镜成像的光路分析：补充三条特殊光线的作图方法——平行于主光轴的光线经折射后过焦点（或反向延长线过虚焦点）；过焦点的光线经折射后平行于主光轴；过光心的光线传播方向不变。强调光路可逆性，如u>2f时成倒立缩小实像，若将蜡烛和光屏互换，光屏上仍成倒立缩小实像，物距和像距互换。

（3）凸透镜焦距的测量方法：平行光聚焦法，用平行光源（如太阳光或平行光管）照射凸透镜，在另一侧移动光屏，找到最小最亮的光斑，测光斑到透镜的距离即为焦距；公式法，利用成像公式1/f=1/u+1/v，通过实验测出物距u和对应像距v，计算焦距f；共轭法，保持物屏距离L>4f，移动透镜两次成清晰实像，透镜两次位置间距为d，则焦距f=(L²-d²)/4L，该方法可减小误差。

（4）凸透镜成像的动态分析：u>2f时，物距增大，像距减小，像变小；物距减小（u→2f），像距增大（v→2f），像变大；u=2f时，成倒立等大实像，v=2f，是成实像时物像分界的点；f<u<2f时，物距减小（u→f），像距增大（v→+∞），像变大；u=f时，不成像，折射光线平行于主光轴；u<f时，成正立放大虚像，物距减小，像变小，虚像不能承接在光屏上。

**2.拓展建议**

（1）动手实验建议：利用家庭物品制作简易凸透镜实验装置，如用透明塑料瓶装满水模拟凸透镜，手机手电筒作为光源，白纸作为光屏，改变物距观察成像情况，记录u>2f、f<u<2f、u<f时的像距、像的正倒、大小和虚实，验证课堂总结的规律；用两个焦距不同的凸透镜制作简易显微镜，固定物镜（焦距较短），移动目镜（焦距较长）观察近处小物体，体会显微镜的放大作用。

（2）阅读拓展建议：阅读《趣味物理学》中“光与影”章节，了解古代人对透镜的应用（如用冰块取火、放大镜点火）和光学仪器的发展史；阅读《物理改变世界》中“光学革命”部分，了解伽利略望远镜、哈勃望远镜等对科学研究的推动作用，体会凸透镜成像规律在科技中的重要性。

（3）问题探究建议：探究“凸透镜成虚像时，像的大小与物距的关系”，设计实验方案，将物体从接近透镜位置逐渐远离，观察虚像大小的变化，总结规律（u越小，像越大；u越大，像越小）；探究“凸透镜遮住一半后，成像情况是否变化”，通过实验发现像仍完整但变暗，理解凸透镜成像与光线折射的关系，体会“物体上每个点都成对应像点”的成像原理。

（4）联系生活建议：观察家中的照相机、投影仪、放大镜等设备，分析其成像时的物距范围和像的性质；对比近视眼镜（凹透镜，对光有发散作用）和远视眼镜（凸透镜，对光有会聚作用），理解凹透镜成正立缩小虚像，而凸透镜可成不同性质的像，体会不同透镜的应用原理；思考“为什么照相机拍摄近景时需要镜头前伸”，结合u减小时v增大、像变大的规律，理解相机调焦的原理。

（5）科学史拓展：了解凸透镜成像规律的发现过程，如古代中国《墨经》中对透镜成像的记载，阿拉伯科学家阿尔·哈曾对光学实验的研究，欧洲文艺复兴时期透镜在望远镜和显微镜中的应用，通过科学史学习，体会物理规律的发现是建立在实验和观察基础上的，培养科学探究精神。教学评价与反馈1.课堂表现：观察学生实验操作规范性，如光具座调节、物距像距测量准确性；关注学生回答问题的逻辑性，能否用物距u与焦距f的关系解释成像特点。

2.小组讨论成果展示：评估小组能否正确总结凸透镜成像规律，如u>2f成倒立缩小实像、f<u<2f成倒立放大实像、u<f成正立放大虚像；能否结合照相机、投影仪实例分析应用。

3.随堂测试：通过选择题（如“物体放在凸透镜前15cm，焦距10cm，成像性质判断”）和填空题（如“实像与虚像的区别是______”）检测学生对核心知识的掌握，正确率达85%为合格。

4.课后作业：检查实验报告数据记录完整性，能否清晰呈现物距、像距与成像性质的对应关系；拓展探究题（如“分析凸透镜成虚像时，像距与物距的关系”）的完成深度。

5.教师评价与反馈：肯定学生实验探究的积极性，针对部分学生对“u=2f时成等大实像”理解不透彻的问题，通过动态演示视频强化；对小组讨论中混淆实像虚像判断标准的情况，补充光路图对比分析，引导学生从“是否实际光线会聚”角度区分。板书设计八、板书设计

①凸透镜成像规律核心关系

-物距u与焦距f的划分：u>2f、f<u<2f、u<f

-成像特点对应：

u>2f：倒立、缩小、实像（f<v<2f）

f<u<2f：倒立、放大、实像（v>2f）

u<f：正立、放大、虚像（v<u）

-特殊点：u=2f时成倒立等大实像（v=2f）；u=f时不成像

②实验关键与概念辨析

-实验步骤要点：三心等高（烛焰、透镜、光屏中心同高）；物距u的调节与像距v的测量

-实像与虚像本质区别：

实像：实际光线会聚形成，可承接于光屏

虚像：折射光线反向延长线会聚形成，不可承接

③生活应用与动态规律

-典型应用实例：

照相机（u>2f，倒立缩小实像）

投影仪（f<u<2f，倒立放大实像）

放大镜（u<f，正立放大虚像）

-动态变化：实像时，物距减小→像距增大→像变大；虚像时，物距减小→像变小教学反思这节课孩子们动手实验时特别积极，但发现不少小组在调节光具座时总忽略“三心等高”，导致光屏上找不到像，下次得提前强调这个细节。总结成像规律时，学生对“u=2f成等大实像”这个特殊点理解不够透彻，需要用动态演示强化记忆。小组讨论生活应用时，孩子们能快速联系照相机和放大镜，但对投影仪的“倒立放大实像”与“正立画面”的关系容易混淆，得补充光路图说明平面镜的作用。随堂测试里，区分实像虚像的正确率只有75%，看来“实际光线会聚”这个概念还得用更多实例巩固。课后作业里有个孩子用两个凸透镜自制显微镜，虽然成像模糊但思路很棒，这种探究精神值得表扬。整体来看，实验环节时间分配偏紧，下次可以压缩导入时间，多留几分钟给数据整理。最欣慰的是孩子们开始主动问“为什么近视镜是凹透镜”，说明他们开始把光学知识和生活联系起来了。课后拓展1.拓展内容

（1）家庭实验：利用透明塑料瓶装满水模拟凸透镜，配合手机手电筒作为光源，白纸作光屏。改变物距（u>2f、f<u<2f、u<f），观察并记录成像的正倒、大小、虚实，绘制物距与成像性质对应表。

（2）阅读材料：《物理改变世界》中“光学仪器的发展”章节，了解显微镜、望远