初三物理-光学实验专题复习-1教案

初三物理《光学实验专题复习》教学内容分析：光是义务教育《物理课程标准》中一级主题“运动和相互作用”下的，二级主题“声和光”中的内容，《课程标准》对光学实验有四个要求：1、探究光的反射规律。2、探究光的折射规律。3、探究平面镜成像特点。4、探究凸透镜成像规律。初中物理光学实验的逻辑结构：光的传播探究光沿直线传播条件光的传播探究光沿直线传播条件探究光的反射规律探究光的折射规律探究平面镜成像特点探究凸透镜成像规律光的直线传播光的反射光的反射光的折射光的折射学情分析：通过一年的物理学习，学生有了研究的意识，初三学生对“光源”、“光的传播途径”、“光传播是否需要时间”、“光的反射”、“光的折射”、“平面镜成像特点”、“凸透镜成像规律”、“实像和虚像”、“放大和缩小”等概念已经了解了，对探究光的反射规律、探究光的折射规律、探究平面镜成像特点、探究凸透镜成像规律等实验有了基本的认识。学生有了一定的能力基础，会用控制变量法进行探究。但是对问题的提出，实验中的逻辑关系还欠进一步的思考。学生需要从意识上重视以实验为基础，从生活走向物理，从物理走向社会，注重科学探究。三、学习目标与重点、难点1、学习目标：会探究光沿直线传播的条件，会用对比实验探究条件是同种均匀介质会探究光的反射规律，明白确定基准方向的意义会探究平面镜成像特点，实验中知道用透明薄玻璃板代替平面镜的原因，会分析“坐标纸”获取信息。会探究光的折射规律，会从探究光的反射规律中进行知识和方法的迁移。会用无限逼近法找凸透镜的分界点，知道探究凸透镜成像规律。会分析可探究科学问题的自变量、因变量、控制变量。2、学习重点：学生在复习5个实验探究过程中要发现突破点、提升点、整合点。3、学习难点：如何提出可探究的科学问题，无限逼近法确定凸透镜的分界点四、整体教学思路注重突出实验的作用，本节课安排了5个实验复习、其中有学生的探究实验和体验性活动，让学生经历观察、体验的过程，从中获得最直接的、生动的实验事实，体验和感悟实验方法的重要性。为理解概念和规律打好基础。注重能力发展、方法提升，本章教材的内容贴近学生生活，探究光的反射规律。探究光的折射规律。探究平面镜成像特点，意在让学生认识到自然界中的各种现象不是孤立的，而是相互有联系的。本单元学习要关注学习过程，引领学生重演知识的发生过程，让学生自主建构知识，发展科学思维、提升科学探究能力、形成科学态度与责任，培养学生的观察能力、提出问题的能力、信息收集能力、信息交流能力、分析概括能力和解决问题的能力。五、教学过程设计意图（一）探究光沿直线传播的条件1、分别用激光穿过空气、水、玻璃，发现光在均匀的空气、水、玻璃中都是沿直线传播的，初步归纳，光在同一种介质中沿直线传播。2、光穿过不均匀的糖水，发现它不再沿直线传播，当把糖水搅拌均匀之后，再用激光笔穿透，发现光在均匀的糖水中是沿直线传播的，通过前面系列实验，总结归纳得出光沿直线传播的条件，光在同一种均匀介质中沿直线传播。（二）探究光的反射规律：光遇见障碍物，比如遇到桌面、水面以及其他物体表面时，会发生反射。我们能够看到不发光的物体，是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。1、提出了科学问题，反射光线的传播方向有什么规律？进一步提问，反射光线的传播方向跟入射光线的传播方向有什么关系？基准方向的确定：为了研究这一问题，我们需要想办法去测量方向，在人们航海的时候总是用指南针来确定南方，然后建立坐标系就可以知道自己的船的航向了，在光学中我们也需要确定一个基准方向，这个基准方向就是过入射点O做反射面的垂线，这条线就是基准方向了，物理学中也叫法线。2、可探究的科学问题，在反射现象中反射角与入射角有什么关系？这个问题的自变量是入射角，因变量是反射角。实验步骤：1）把平面镜放在水平桌面上，再把带刻度的纸板ENF竖直的立在平面镜上，纸板上的ON为法线。2）使一束光贴着纸板，沿某一角度射向O点，经平面镜反射后，沿另一方向射出，记录反射角和入射角的度数。3）改变入射角的度数，再做5次，记录反射角和入射角。通过实验数据分析，发现在反射现象中，反射角等于入射角。进一步观察发现反射光线与入射光线分居在法线的两侧。3、探究2、反射现象中，反射光线、入射光线和法线在同一平面内。用模型法试试，沿入射光线插一根黄色的竹签。在入射点插一根垂直于平面的蓝色竹签作为法线，沿反射光线再插入一根黄色的竹签，这样就形成了反射光线，法线、入射光线位置的模型，我们旋转看一下，通过视频发现入射光线挡住了法线和反射光线变成了一条线，那么就说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内。为了更真实的还原实验，大家看实验装置，红色激光代表法线，绿色激光分别是入射光线和反射光线。我们来看视频。看当装置转到某一角度的时候入射光线把反射光线和法线遮挡了。这是遮挡法判断三线共面。于是得到结论：反射现象中，反射光线、入射光线和法线在同一平面内。4、探究3，反射现象中，光路是可逆的。当一条入射光线逆着反射光线射入的时候，它将沿原来的入射光线出射，通过这个实验发现在反射现象中光路是可逆的。（三）探究平面镜成像特点。可探究的科学问题：1、平面镜成像时像的高度与物体的高度有什么关系。2、平面镜成像时像距与物距有什么关系？解决实验的难点：1、如何确定像的位置？2、如何测量像的高度？3、实验中为什么用薄玻璃板替代平面镜？实践和分析发现用透明薄玻璃板能反光的特点可以来替代平面镜成像，由于我们感觉平面镜所成的像在镜子后，所以要看到镜子后的情形，而玻璃板恰好能又能透光，于是就用薄玻璃板替代了平面镜。平面镜后的像不能成在光屏上，于是用一个能和像重合的物体替代像，放在像的位置，这样既确定了像的位置，又可以测量像的高度，解决了测量问题。（1）探究平面镜成像时，像的高度与物的高度有什么关系？这个问题的自变量是物体高度，因变量是像的高度。实验步骤：1）将坐标纸平放在水平桌面上，玻璃板竖直放在坐标纸中间。2）把一只点燃的蜡烛放在玻璃板前面，另外选一只不点燃的蜡烛在玻璃板后面移动，直到从玻璃板前各个角度观察，它与玻璃板前面的蜡烛的像完全重合，测出像高和物高，记录在表格中，并标记像与物的位置。3）改变自变量物体的大小，仿照步骤2再做5次，记录实验数据。通过分析实验数据，发现平面镜成像时像的高度等于物的高度。像与物对应点的连线和镜面垂直的。

（四）探究光的折射规律：探究1：折射光线、入射光线和法线在同一平面内吗？看看入射光线、折射光线、法线这三线能否相互遮挡成一条直线，那大家看一下视频。转到某一个角度发现折射光线、入射光线和法线，他们遮挡后变成了一条直线，这说明折射光线、入射光线和法线在同一平面内。探究2：在光的折射现象中折射角与入射角有什么关系？当光从空气射入玻璃中时，大家可以看到逐渐改变入射光线与法线的夹角，观察反射角，记录多组实验数据，通过分析实验数据得到光从空气斜射入玻璃中时，折射角小于入射角，入射角增大折射角也增大，通过这组实验数据和实验现象发现当光垂直入射时，传播方向不发生改变。当光从玻璃射入空气中时，采集实验数据分析数据，发现当光从其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角，这组实验数据说明光垂直入射时，传播方向不发生改变。探究3：折射现象中光路是可逆的，我们可以仿照反射现象中光路是可逆的实验办法，像如图所示这样，看看光线是否能原路返回，实事证明它可以原路返回。所以通过分析和实验，发现折射现象中光路是可逆的。（五）探究凸透镜成像规律。通过生活中的照相机成缩小的实像，投影仪呈放大的实像，放大镜呈放大的虚像的特点，同学们发现并提出科学问题，凸透镜在什么条件下呈缩小的实像？在什么条件下呈放大的实像？在什么条件下呈放大的虚像？也就是说照相机、幻灯机和放大镜它们所成像的性质不同，是不是说明凸透镜成像有分界点呢？实验探究1：凸透镜在什么条件下呈缩小的实像。实验器材有光具座、凸透镜，焦距为10厘米，光屏和电子蜡烛。实验步骤，按要求组装实验器材，我们将蜡烛从距透镜40厘米处逐渐靠近凸透镜，以5厘米为单位移动蜡烛，调节光屏，观察到清晰的像，记录物距和像的性质。采集实验数据，计入表格，发现距离凸透镜25厘米以外成的是缩小的实像。还发现放大、缩小实像的分界点应该是在15厘米到25厘米之间，进一步观察发现成虚像和实像的分界点应该在5厘米~15厘米之间，这样就缩小了探究范围，实验探究2：凸透镜成放大、缩小实像的分界点。我们探究物体距透镜25厘米到15厘米之间时像的性质，在这10厘米之间，我们以一厘米为单位移动蜡烛靠近凸透镜，结果发现距透镜21厘米以外呈缩小的实像，15厘米到19厘米之间呈放大的实像，那也就是说分界点进一步缩小在19厘米~21厘米之间的2厘米范围内，所以呈缩小、放大实像的分界点，逐渐逼近了20厘米，继续实验可以得到放大，缩小，实像的分界点在20厘米处，也就是二倍焦距处。探究3:凸透镜成实像、虚像的分界点。我们来探究物体距凸透镜5厘米~15厘米之间像的性质，依然以一厘米为单位移动蜡烛来进行探究，结果发现距透镜9厘米以内成虚像11厘米以外成实像，那分界点应该在9厘米到11厘米之间的2厘米范围内，也就是呈实像、虚像的分界点，逐渐在逼近10厘米，继续实验可以得到成虚像、实像的分界点在10厘米处，也就是一倍焦距处。换用焦距为5厘米的凸透镜完成上述探究，依然发现二倍焦距处是成放大、缩小实像的分界点，一倍焦距是虚像、实像的分界点。体会对比实验关注基准方向的确定模型法遮挡法判断，三线共面分析实验难点解决问题充分体会两次替代法的使用会处理信息实现知识、方法的迁移利用无线逼近法确定凸透镜成像的分界点，会根据实验事实，进行演绎推理。六、典型例题赏析设计意图一、光的反射典型例题分析。例题1：如右图所示，小明想利用一块平面镜，使此时与水平面成30°的太阳光竖直射入井中，请你通过作图标出平面镜的位置，计算平面镜与水平面的夹角。二、平面镜成像的典型例题分析。例题2：小明利用如图所示的实验器材探究平面镜成像的特点，请你解答以下问题：①实验采用薄玻璃板作为平面镜是为了确定像的位置能比较像与物的大小。②该实验选择两个相同的蜡烛a和b，是为了观察蜡烛B是否与蜡烛a所成的像完全重合。

例题3：实验桌上有如图所示的实验装置，还提供了一把刻度尺和相同大小的中国象棋棋子18个，9个为红色，9个为绿色。小军计划用这些器材探究“物体在平面镜中所成像的大小与物体大小的关系”。探究问题的自变量是物体的大小，是需要改变的，因变量是像的大小，是要测量的。小军的实验步骤：①将两个叠放的红棋子作为物体放在平面镜前面的白纸上，在平面镜后面改变两个叠放的绿棋子的位置，从不同角度观察，两个绿棋子与物体的像均完全重合，并记录实验数据。②改变物体到平面镜的距离，在平面镜后面改变两个叠放的绿棋子的位置，使得从不同角度观察，两个绿棋子与物体的像均完全重合，并记录实验数据。③再改变四次物体到平面镜的距离，仿照步骤②，做四次实验。小军探究的是平面镜所成像的大小与物距的关系。在步骤2中不应该改变物体到平面镜的距离，它应该改变的是自变量物体的大小。三、光的折射典型例题：例题4：实验桌上有高度不同的发光物体A和B，焦距分别为5cm、10cm的凸透镜两个，刻度尺、光具座和光屏各一个。小华选用这些器材，探究“凸透镜成实像时，像的高度与物体的高度是否有关”。①将焦距为10cm的凸透镜固定在光具座中央，将发光物体A、光屏分别放在凸透镜两侧。调节发光物体A、凸透镜和光屏，使它们的中心在同一高度。记录物体A的高度。②将物体A放在光具座上距凸透镜30cm处，移动光屏，在光屏上得到发光物体A清晰的像，测量并记录像的高度。③将物体A放在光具座上距凸透镜20cm处，仿照②再做一次,记录像的高度。小华的探究过程中存在的问题：没有改变自变量“物体的高度”，改变了控制变量“物距”。请你针对小华探究过程中存在的问题，写出改正措施：步骤③改为：将物体B放在光具座上距凸透镜30cm处，移动光屏，在光屏上得到发光物体B清晰的像，用刻度尺分别测量发光物体B及其像的高度，并记录在表格中。四、证伪实验。例题5：小明在家中照镜子时发现离镜子远些的物体看起来较小，离镜子近些的物体看起来较大，由此他认为物体在平面镜中所成像的大小与物体到平面镜的距离有关，物体距离平面镜越远像越小，物体距离平面镜越近像越大，请你利用身边的物品或实验器材设计一个实验，说明小明的观点是不正确的。这是一个认知错误，认为物体越靠近平面镜像越大。于是把它转化成可探究的科学问题，平面镜成像时像的高度与物距有关吗？自变量是物距，因变量是像的高度。实验步骤：①把一只点燃的蜡烛放在玻璃板前面，另一只不点燃的蜡烛放在玻璃板后面移动，直到从玻璃板前各个角度观察，它与玻璃板前面的蜡烛的像完全重合。②改变蜡烛到玻璃板的距离，这是改变自变量，移动玻璃板后的蜡烛，发现它依然与玻璃板前面的蜡烛的像完全重合，说明像的大小是没有发生变化。于是得到了实验结论，平面镜成像时像的高度与物距无关。小明的观点是错误的。通过这个问题