科學(xué)探究：凸透鏡成像 教學(xué)目標(biāo) 知識與技能 1.知道物距、像距的概念。 2.理解凸透鏡成像的規(guī)律。 3.學(xué)會“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗的操作技能。 過程與方法 1. 學(xué)會用控制變量法設(shè)計探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗方案，會根據(jù)方案選擇合適的器材，初步體會科學(xué)探究的方法。 2.培養(yǎng)學(xué)生收集和處理數(shù)據(jù)的能力，對探究結(jié)果進(jìn)行交流、評價的能力。 情感、態(tài)度與價值觀 1.在探究“凸透鏡成像的規(guī)律”的過程中，養(yǎng)成認(rèn)真負(fù)責(zé)、實事求是的科學(xué)態(tài)度。 2.通過匯報凸透鏡成像的不同情況的過程，體驗合作交流在探究中的重要性。 教 學(xué) 重難點 重 點 體驗探究的過程，通過實驗數(shù)據(jù)分析歸納，得出凸透鏡成像規(guī)律 難 點 在探究成像規(guī)律的過程中，像與物所在范圍的確定 教學(xué)準(zhǔn)備 1.教師器材：多媒體（拍攝應(yīng)用凸透鏡的實例的圖片和實驗的圖片，制作數(shù)據(jù)處理課件）等。 2.學(xué)生器材：LED燈、蠟燭，、凸透鏡（f=10cm，f=8cm）、光屏、光具座、小魔筒。 教學(xué)過程 教學(xué)環(huán)節(jié)及時間安排 教師活動 學(xué)生活動 教學(xué)資源安排及設(shè)計意圖 一、創(chuàng)設(shè)情境 導(dǎo)入新課 展現(xiàn)生活中的場景:掛在草葉上的露珠倒映出白菊花縮小的像、滴在文字上的水滴把字放大和教室里的投影儀的鏡頭可以放大圖片。引導(dǎo)分析都是凸透鏡，所成的像一會變大，一會變小，那么凸透鏡成像有什么規(guī)律呢？從而引出探究的課題。 觀察思考 用生活中常見簡單的物品來做實驗，觀察到不同現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲望。體現(xiàn)“從生活走向物理”的理念，讓學(xué)生感知物理就在生活中。 二、新課教學(xué) 1.提出問題進(jìn)行猜想 2.設(shè)計實驗 3.進(jìn)行實驗 ①探究1 分析論證 得出結(jié)論 ②探究2 分析論證 得出結(jié)論 ③探究3 分析論證 得出結(jié)論 4.歸納總結(jié) 得出規(guī)律 三、知識應(yīng)用 小魔筒游戲： 提供器材：LED燈、小魔筒、兩只焦距不同的凸透鏡。 讓學(xué)生只通過小魔筒和增加不同的凸透鏡后觀察LED燈的字母“F”。匯報各自看到的現(xiàn)象。 由此引起學(xué)生的驚奇和疑問：為什么看同樣的“F”，有大有小、有正有倒？從而提出要探究的問題，并為猜想提供了依據(jù)。 【提出問題】 凸透鏡成像可能與什么因素有關(guān)呢？ 【猜想】 生：可能凸透鏡的位置不同，可能和焦距有關(guān)等。 利用圖片引導(dǎo)學(xué)生，得到物距的概念： 物體到凸透鏡的距離。 引導(dǎo)學(xué)生有根據(jù)地的進(jìn)行猜想。 【設(shè)計實驗】 根據(jù)猜想，凸透鏡成像可能與物距和焦距有關(guān)。由一個量和幾個量的關(guān)系引出探究的方法—控制變量法，進(jìn)而提出問題，讓學(xué)生思考實驗思路。 問題：如果要探究凸透鏡成像與物距的關(guān)系，該怎么做？ 生：用焦距一定的凸透鏡，改變物距，觀察凸透鏡成像情況； 追問：如果要探究凸透鏡成像與焦距的關(guān)系呢？ 生：控制物距不變，改變焦距，觀察凸透鏡成像情況。 在實驗思路明晰的基礎(chǔ)上先探究凸透鏡成像與物距的關(guān)系。選擇的實驗器材有： 1．凸透鏡：一只焦距為10cm的凸透鏡。 2．發(fā)光物體：課本上用蠟燭做為發(fā)光物體，今天改用“F”字樣的LED燈，并說明實驗改進(jìn)的好處。 3．光屏：引導(dǎo)學(xué)生觀察光屏上的格子。說明用處和讀法。 4．光具座：把F燈、凸透鏡、光屏依次安裝，并對零刻度線進(jìn)行了改進(jìn)。 先進(jìn)行錯誤安裝，讓學(xué)生進(jìn)行分析原因，引導(dǎo)他們知道怎么安裝（發(fā)光物體、凸透鏡和光屏三者中心在同一高度），以及為什么要這么安裝。 說明如何找到最清晰的像的操作。 強調(diào)如何讀物距和像距：先利用圖片找到物距和像距。引導(dǎo)學(xué)生觀察零刻度線的位置，知道這樣設(shè)置的好處。 【進(jìn)行實驗】 探究實驗1：在光屏上找凸透鏡成縮小、等大、放大的像。 讓每組學(xué)生通過改變物距，在光屏上找到縮小、放大、等大的像各一個。比一比看誰做得又好又快，請最快的3組同學(xué)把數(shù)據(jù)錄入到電腦中。 邊巡視時邊發(fā)現(xiàn)問題，提醒實驗要注意的問題。 1．操作要點：（1）LED燈、凸透鏡和光屏三者中心在同一高度； （2）找到最清晰的像的操作方法。 2．要讀出u、v、h，記錄在表格的1、2、3行。 3．請大家分工合作。 學(xué)生進(jìn)行實驗操作，獲取數(shù)據(jù)，老師巡視指導(dǎo)。并提醒實驗完畢，關(guān)上LED燈。 【分析論證】 請幾個同學(xué)匯報一下觀察到的像的性質(zhì)。 特別注意強調(diào)實像的判斷。 師生分析1：我們先分析成縮小的像的條件。 （1）對數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察并初步分析。 （2）再通過flash軟件把實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，把物像的情況直觀的顯示出來。引導(dǎo)同學(xué)仔細(xì)觀察和分析。 通過剛才大家的觀察，發(fā)現(xiàn)了什么？ 引導(dǎo)學(xué)生觀察思考得到成縮小像的規(guī)律。 結(jié)論：1．u>2f，成倒立、縮小、實像 ，f<v<2f； 2．物距減小，像變大，像距增大。 分析2：也把放大像的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形進(jìn)行分析，得出結(jié)論。 結(jié)論：1． f<u<2f，成倒立、放大、實像 ，v>2f； 2．物距減小，像變大，像距增大。 分析3：再來看等大像的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)什么特點？也轉(zhuǎn)換成圖形進(jìn)行分析得出結(jié)論。 結(jié)論：u=2f，成等大倒立的實像，v=2f。 進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生觀察分析圖形，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)一個很特殊的位置，這個位置即為2F。物體在這個位置之外，成縮小像，在這個位置到F是成放大像，說明這個位置是個放大像和縮小像的分界點。 分析結(jié)論后板書：凸透鏡成像規(guī)律 進(jìn)一步引導(dǎo)觀察分析剛才的3條結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn) （1）成放大像和縮小像時的物距和像距的區(qū)域很對稱，呈現(xiàn)出物理的對稱美。適時對學(xué)生進(jìn)行美的教育 （2）成實像時，物距減小，像距增大，像變大。 探究2： u<f時凸透鏡所成的像。 如果物距繼續(xù)減小到一倍焦距以內(nèi)會怎么樣呢？請同學(xué)們再試試看，把數(shù)據(jù)記錄在表格的第4行。 學(xué)生實驗：指導(dǎo)學(xué)生如何找像。 分析：請學(xué)生描述一下看到的像的性質(zhì)。 生：當(dāng)u<f時，成正立，放大的虛像。 注意強調(diào)虛像的判斷。 得出結(jié)論：u<f，成正立，放大，虛像。 探究3： u=f 時成像情況。 再次引導(dǎo)觀察分析結(jié)論，u=2f是放大像和縮小像的分界點，那么在實像和虛像中間呢？也有一個分界點，即焦點，那么如果把物體放在焦點，成像情況又怎樣？學(xué)生實驗：把LED燈放在一倍焦距的位置，觀察成像情況。 匯報觀察結(jié)果。得出結(jié)論：u=f，不成像。 應(yīng)用動畫光路圖，利用通過凸透鏡的特殊光線進(jìn)一步分析：像點是光線通過透鏡的相交于一點形成的，當(dāng)物體不斷靠近凸透鏡趨向焦點時，物距減小，像距增大，就好像“物在追，像在跑”。當(dāng)物體趨近于焦點，像越來越大、越來越遠(yuǎn)，當(dāng)物體到達(dá)焦點時，出射光線變成了平行光，像到達(dá)無窮遠(yuǎn)處就看不到了。當(dāng)物越過焦點后，量變引起質(zhì)變，像點是由折射光線反向延長相交而成的，因此成像發(fā)生了變化，由實像變成了虛像。因此焦點是實像和虛像的分界點。 首尾呼應(yīng): 回到課前展示的生活現(xiàn)象和魔筒小游戲，請學(xué)生用這節(jié)課學(xué)習(xí)的凸透鏡成像規(guī)律進(jìn)行簡單的解釋。 【質(zhì)疑感悟】 請學(xué)生自己總結(jié)通過探究學(xué)到了什么？感悟到什么？并鼓勵學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑。老師針對學(xué)生的回答進(jìn)行分析、修正和完善。 【歸納總結(jié)】 進(jìn)一步說明，科學(xué)家經(jīng)過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，用焦距不同的凸透鏡做實驗，也可以得到同樣樣的成像性質(zhì)，但成像的大小將會不同。 提出新的探究課題：探究物距相同時，改變像距，觀察凸透鏡成像的情況。由于時間關(guān)系，留待課后研究。 師小結(jié)：可見，凸透鏡的成像性質(zhì)是由物距與焦距的關(guān)系決定的。但即使成像性質(zhì)相同，由于焦距不同，所成像的大小也是不同的，感興趣的同學(xué)課后可以繼續(xù)探究。 投影凸透鏡規(guī)律圖形和內(nèi)容： 【學(xué)以致用】 在日常生活中，凸透鏡得到了廣泛的應(yīng)用，如照相機、投影儀、放大鏡等，他們的鏡頭都是凸透鏡，只不過成像的性質(zhì)不同。除此之外，透鏡在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事的等領(lǐng)域的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，我們只有了解和掌握透鏡的基本知識，將來才能進(jìn)一步研究其他特性，更好的為人類服務(wù)。 學(xué)生動手親自體驗凸透鏡的神奇。 交流大家的觀察結(jié)果，產(chǎn)生疑問。 通過觀察現(xiàn)象，引起驚奇并產(chǎn)生疑問：凸透鏡成不同的像由什么決定？ 有根據(jù)實驗現(xiàn)象有依據(jù)地進(jìn)行猜想。 師引導(dǎo)生分析實驗思路 學(xué)生帶著問題，設(shè)計實驗， 根據(jù)實驗方案，選擇合適的實驗器材，認(rèn)清每種器材的作用和用法。由學(xué)生一起分析實驗改進(jìn)的好處 認(rèn)識器材的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)實驗操作要點。 學(xué)生實驗，分工合作 并將數(shù)據(jù)輸入電腦， 學(xué)生匯報觀察到的現(xiàn)象，分析成像的性質(zhì)。 學(xué)生觀察數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，從中自己歸納得出結(jié)論 引導(dǎo)學(xué)生通過分析圖形找到規(guī)律。并能順利描述出自己的觀點。 學(xué)生分析思考、交流 學(xué)生實驗：研究u<f的成像情況。 匯報觀察結(jié)果。 學(xué)生實驗：觀察u=f的成像情況。 匯報觀察結(jié)果。 共同分析在焦點時的成像情況 學(xué)生利用凸透鏡成像規(guī)律進(jìn)行簡單解釋 學(xué)生總結(jié)所學(xué)和感悟，并可能提出質(zhì)疑。 理解性地記憶凸透鏡成像規(guī)律 體會凸透鏡在生活中的應(yīng)用。 通過學(xué)生自己動手，激發(fā)探究的激情。 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，能對現(xiàn)象進(jìn)行思考提出問題。 利用圖片學(xué)習(xí)物距的概念，為下面的設(shè)計實驗做好鋪墊。 引導(dǎo)學(xué)生討論實驗方案。 實驗器材的選擇的意圖： （1）原來的實驗使用的發(fā)光物體一般為蠟燭，學(xué)生實驗時得到的像亮度低，不容易比較等大的像。而本實驗中采用LED燈，亮度增大，燈顯示的字母F成像后像的上下左右的顛倒都能看清，燈的大小固定，在光屏上就可以畫等大的格子，成像時可以很容易得到等大的像，有效突破學(xué)生實驗的難點。 （2）在以往的光具座上，學(xué)生要記下三個刻度線，相減才能得到物距和像距，本實驗重新打印刻度尺，將零刻度線標(biāo)在標(biāo)尺中央，即凸透鏡的位置，使學(xué)生更直觀的讀出物距和像距，突破了學(xué)生實驗中的難點。 （3）以往學(xué)生常常難以理解像的變化規(guī)律。本實驗中在光屏上畫有格子，讓學(xué)生讀出像高的格數(shù)，比較像放大或縮小的程度，為像的變化規(guī)律埋下伏筆。突破學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。 培養(yǎng)學(xué)生合作能力、觀察能力、交流合作精神。 培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的能力 從數(shù)據(jù)直接得到凸透鏡成像規(guī)律是以往教學(xué)中的難點，本節(jié)課設(shè)計了軟件改用了圖形分析，讓學(xué)生更加直觀的得到結(jié)論，突破了難點。 啟發(fā)學(xué)生從實驗數(shù)據(jù)中找出規(guī)律，并能用自己的語言描述結(jié)論。培養(yǎng)了分析歸納的能力、語言表達(dá)能力。 發(fā)現(xiàn)物理的對稱美，適時對學(xué)生進(jìn)行美的教育 應(yīng)用動畫來進(jìn)行進(jìn)一步的分析和總結(jié)，形象具體地看到隨著物距變化，凸透鏡成像性質(zhì)改變的整個過程，學(xué)生得到動態(tài)體驗，更加深理解。 滲透物理思想的教學(xué)：量變引起質(zhì)變的思想和推理分析的方法。 解釋課前問題和實驗，首尾呼應(yīng)。 由一個學(xué)生總結(jié)，其他學(xué)生補充，修正，讓學(xué)生自己參與到總結(jié)規(guī)律中，加深了記憶。 鼓勵歸納感悟和大膽質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新意識。 加強了師生互動和生生互動 得到結(jié)論后，再引出課后探究問題，延伸課題。培養(yǎng)學(xué)生獨立探究的能力。 體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念。 作業(yè) 1. 課本第71頁，第1、2、3題。 2. 思考：魚缸中的小金魚看起來為什么變大了呢？ 3. 課后探究：物距相同時，焦距不同，凸透鏡成像 有何不同？ 4. 巧記凸透鏡成像規(guī)律：學(xué)唱口訣歌。 設(shè)計意圖 1. 作業(yè)2應(yīng)用所學(xué)知識解釋生活中現(xiàn)象，感受物理就在我們的生活中。 2. 作業(yè)3鼓勵學(xué)生課后探究，拓展延伸。 3.作業(yè)4激發(fā)學(xué)生興趣，很容易記住凸透鏡成像規(guī)律。 板書設(shè)計 §4.5 探究凸透鏡成像規(guī)律 一、 物距（u） 像距（v） 二、凸透鏡成像規(guī)律 1. ｕ>2 ? 倒立、縮小、實像 ?<v<2? u=2? 倒立、等大、實像 v=2? ?<u<2? 倒立、放大、實像 v>2 ? u變小，v變大，像變大 2. u<? 正立、放大、虛像 三、應(yīng)用 7