《探究凸透鏡成像》教學(xué)案例

徐在菊　高鐵軍

【摘 要】本文在研究光的折射的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究，歸納和總結(jié)出凸透鏡的成像規(guī)律。鍛煉學(xué)生熟練的實(shí)驗(yàn)操作技能與技巧，使學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的基本過(guò)程，激勵(lì)學(xué)生勇于發(fā)表自己的意見，有與別人交流合作、反思評(píng)估的意識(shí)。

【關(guān)鍵詞】凸透鏡 成像規(guī)律 物距

教材分析：本節(jié)是在研究光的折射的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究，歸納和總結(jié)出凸透鏡的成像規(guī)律。鍛煉學(xué)生熟練的實(shí)驗(yàn)操作技能與技巧，使學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的基本過(guò)程，激勵(lì)學(xué)生勇于發(fā)表自己的意見，有與別人交流合作、反思評(píng)估的意識(shí)。同時(shí)，本節(jié)又是學(xué)習(xí)眼睛及視力矯正、學(xué)習(xí)其它光學(xué)儀器的基礎(chǔ)，所以本節(jié)在初中光學(xué)部分中占有重要位置。

學(xué)生現(xiàn)狀：凸透鏡在學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活中是普遍存在的，如放大鏡、照相機(jī)和幻燈機(jī)的鏡頭等。學(xué)生最熟悉的莫過(guò)于放大鏡了，而他們又往往認(rèn)為，放大鏡只起“放大”作用。對(duì)于“成像”，學(xué)生是不明白的，或者說(shuō)是模糊的。

設(shè)計(jì)思路：教學(xué)中立足于以學(xué)生為本的教育思想，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用?；趯W(xué)生的認(rèn)知現(xiàn)狀，讓學(xué)生經(jīng)歷探究凸透鏡成像規(guī)律的全過(guò)程。讓學(xué)生在動(dòng)手動(dòng)腦、合作互動(dòng)中自主探究。以小實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題，引入新課，整個(gè)課堂教學(xué)中，教師只起引導(dǎo)作用，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)。

教學(xué)目標(biāo)（三維）：

1.知識(shí)與技能：（1）知道發(fā)光體所成像的虛實(shí)、正倒、大小跟發(fā)光體位置的關(guān)系；（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究凸透鏡成像的基本規(guī)律。

2.過(guò)程與方法：凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)的初步分析能力。

3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀：學(xué)會(huì)對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行交流評(píng)價(jià)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和團(tuán)結(jié)合作的精神。

教學(xué)重點(diǎn)：讓學(xué)生知道科學(xué)探究中制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的意義、方法，以及讓學(xué)生知道凸透鏡成像的規(guī)律

教學(xué)難點(diǎn)：如何讓學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究知道科學(xué)探究中制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的意義、方法

教學(xué)方法：點(diǎn)撥、啟發(fā)、誘導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)探究

教學(xué)用具：光具座、焦距為10cm的凸透鏡、光屏、蠟燭、火柴、多媒體課件

教學(xué)過(guò)程：

1．活動(dòng)

師：同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)桌上都有一個(gè)凸透鏡，請(qǐng)同學(xué)們利用手中的凸透鏡，觀察近處及遠(yuǎn)處的物體，看看有沒(méi)有新的發(fā)現(xiàn)？

（學(xué)生很有興趣的拿起凸透鏡，開始做實(shí)驗(yàn)）

師：同學(xué)們都觀察到了什么？

生：我通過(guò)凸透鏡觀察課本上的字，看到了放大的字，就像放大鏡一樣。

師：你看到的字是正立的還是倒立的？

生：正立的。

師：還有其它的發(fā)現(xiàn)嗎？

生：我通過(guò)凸透鏡，觀察窗外的樹木，我看到了倒立、縮小的樹。

師：很好！其它同學(xué)有這個(gè)發(fā)現(xiàn)嗎？

（有些同學(xué)搖頭）

師：好！現(xiàn)在請(qǐng)大家伸直手臂，透過(guò)凸透鏡，觀察一下老師。

（學(xué)生實(shí)驗(yàn)，很快非常興奮）

生：啊，老師倒過(guò)來(lái)了。

生：老師變小了。

（教師走近學(xué)生，再讓學(xué)生觀察）

生：老師變的大點(diǎn)了。但還是很小，還是倒立的。

2．問(wèn)題

師：通過(guò)同一個(gè)凸透鏡，我們卻看到了不同的情況，你認(rèn)為是什么原因造成的呢？

生：我認(rèn)為物體到凸透鏡的遠(yuǎn)近不一樣，通過(guò)凸透鏡觀察到的情況是不一樣的。

師：還有其它的猜想嗎？

生：我也認(rèn)為物體到凸透鏡的距離會(huì)影響凸透鏡的成像，我們剛才做的實(shí)驗(yàn)就說(shuō)明了這一點(diǎn)。

師：那么我們的猜想對(duì)不對(duì)呢？凸透鏡的成像有規(guī)律嗎？今天，就讓我們一起研究凸透鏡的成像規(guī)律。

（引出課題）

3．實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

師：首先明確實(shí)驗(yàn)的目的：研究凸透鏡成像的情況與物體到凸透鏡距離的關(guān)系。（多媒體投影）

（介紹實(shí)驗(yàn)器材）

師：這是光具座（上有刻度）、中間放凸透鏡，蠟燭做光源（物體），鐵板做光屏，用此裝置可以很方便的研究凸透鏡的成像規(guī)律。

演示：點(diǎn)燃蠟燭，讓物體通過(guò)凸透鏡在光屏上成像，移動(dòng)光屏，使光屏上呈現(xiàn)燭焰最清晰、最明亮的像。

師：當(dāng)光屏上呈現(xiàn)最清晰、最明亮的像，此時(shí)，光屏的位置才是像的位置。

（改變蠟燭的位置，移動(dòng)光屏，再做一次，讓學(xué)生體會(huì)怎樣才叫成像以及怎樣確定像的位置）

（多媒體動(dòng)畫再演示一遍）

師：我們把物體到透鏡中心的距離叫物距，用符號(hào)u表示。像到透鏡中心的距離叫像距，用符號(hào)v表示。（多媒體投影）

演示：光屏向上（或向下）移動(dòng)后固定，左右移動(dòng)光屏，再找燭焰的像。

師：燭焰的像為什么找不到了呢？

生：因?yàn)楣馄撂可狭?，像不能成在光屏?應(yīng)把光屏往下落一點(diǎn)，就可在光屏上找到像了。

師：所以要求同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)凸透鏡的中心、燭焰的中心、光屏的中心大致在同一高度，（多媒體投影）否則找不到像，同學(xué)們可以調(diào)節(jié)燭焰的位置，改變物距，觀察在光屏上成像的情況。

師：現(xiàn)在，請(qǐng)大家設(shè)法在光屏上得到放大以及縮小的像。并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填在課本表格中。（告訴學(xué)生凸透鏡的焦距f=10cm）

4．實(shí)驗(yàn)

（學(xué)生根據(jù)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師巡視指導(dǎo)，對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題給予指導(dǎo)和幫助。）

學(xué)生實(shí)驗(yàn)完畢，教師將部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在實(shí)物展臺(tái)上投影。并讓學(xué)生在黑板上寫出幾組成縮小、倒立、實(shí)像時(shí)的物距、像距，再寫出幾組成放大、倒立、實(shí)像時(shí)的物距、像距。

師：為什么像的性質(zhì)是實(shí)像呢？

生：因?yàn)檫@些像都可以成在光屏上。

師：在前面我們還學(xué)習(xí)了什么像也是實(shí)像？

生：小孔成像成的也是實(shí)像，因?yàn)檫@個(gè)像也可以成在光屏上。

（教師觀察黑板上的數(shù)據(jù)是否有誤，對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)請(qǐng)全體同學(xué)驗(yàn)證其準(zhǔn)確性，以得出正確數(shù)據(jù)）

師：請(qǐng)大家觀察分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，你發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律了嗎？

生：我發(fā)現(xiàn)成放大、倒立、實(shí)像時(shí)的物距普遍比較小，而成縮小、倒立、實(shí)像時(shí)的物距普遍比較大。

師：也就是說(shuō)，物體到凸透鏡的距離比較近時(shí)，成放大實(shí)像。物體到凸透鏡距離比較遠(yuǎn)時(shí)，成縮小實(shí)像。

生：對(duì)。

師：那么，在它們中間有沒(méi)有一個(gè)位置，物體通過(guò)凸透鏡成等大的實(shí)像呢？

生：應(yīng)該有。

……

師：大家觀察到了什么？

生：我看到了一個(gè)正立、放大、的虛像

師：看來(lái)，我們剛才總結(jié)的物距u<2f，成倒立、放大的實(shí)像的結(jié)論，還不夠準(zhǔn)確。物體離凸透鏡較近時(shí)，會(huì)成正立、放大的虛像。這中間是否也有一個(gè)分界點(diǎn)呢？

生：有。

師：這個(gè)分界點(diǎn)在哪里呢？

（學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）

生：當(dāng)u＜10cm時(shí)，在光屏上找不到像，但透過(guò)透鏡看去，可看到一個(gè)正立、放大的虛像。所以我認(rèn)為，u=10cm處，應(yīng)該是成實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)。

師：也就是說(shuō)，一倍焦距處是成實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)。

生：是。

師：那么我們剛才總結(jié)的物距u＜2f，成倒立、放大的實(shí)像的結(jié)論，該怎樣進(jìn)行完善？

生：應(yīng)改為：u＜f,成正立、放大的虛像；

f＜u＜2f，成倒立、放大的實(shí)像。

5．規(guī)律

師：很好！下面，就讓我們總結(jié)凸透鏡的成像規(guī)律，完成下面的表格。

（多媒體投影，學(xué)生填寫表格內(nèi)容，教師點(diǎn)擊答案）師：同學(xué)們填寫的很好！那么從表格中，大家有沒(méi)有新的發(fā)現(xiàn)？

生：我發(fā)現(xiàn)，成實(shí)像時(shí)，物距越大，像越小。

師：非常好！那么，我們的發(fā)現(xiàn)對(duì)不對(duì)？成虛像時(shí)，又有什么變化規(guī)律呢？下面，請(qǐng)同學(xué)們通過(guò)實(shí)驗(yàn)回答這兩個(gè)問(wèn)題。

（學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師巡視指導(dǎo)）

生：剛才發(fā)現(xiàn)的實(shí)像的變化規(guī)律通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明是正確的。

生：成虛像時(shí)，規(guī)律正好相反。物距變大，像也變大。

師：同學(xué)們分析總結(jié)的非常好！凸透鏡的成像規(guī)律我們是使用固定焦距的凸透鏡研究的，但大量的實(shí)驗(yàn)表明，此成像規(guī)律對(duì)于不同焦距的凸透鏡都是適用的。

6．布置作業(yè)

請(qǐng)思考：當(dāng)物距變化時(shí)，像距的變化有什么規(guī)律嗎？

7．后反思

首先以學(xué)生做的小實(shí)驗(yàn)開篇，既激發(fā)了學(xué)生的興趣，又很自然的提出了探究的課題。確定課堂基調(diào)就是以實(shí)驗(yàn)來(lái)探究凸透鏡的成像規(guī)律。整個(gè)教學(xué)過(guò)程，教師只起引導(dǎo)作用，教師是導(dǎo)演，學(xué)生是演員，整個(gè)凸透鏡的成像規(guī)律都是由學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究得到的。

為明確課堂重點(diǎn)，也為了和開篇提出的問(wèn)題呼應(yīng)，本節(jié)只研究了凸透鏡的成像規(guī)律與物距的關(guān)系。當(dāng)物距變化時(shí)，像距的變化規(guī)律是以課后作業(yè)的形式提出的，讓學(xué)生課下思考得出。

<特點(diǎn)及自我評(píng)價(jià)>

為突出本節(jié)的探究性，有關(guān)凸透鏡的基礎(chǔ)知識(shí)是在課前提前學(xué)習(xí)的。由于學(xué)生對(duì)“像”的概念很模糊，所以探究之前，要明確什么叫做“成像”，以及怎樣確定“像”的位置，為學(xué)生探究過(guò)程中得出正確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)鋪平道路。如果直接放手讓學(xué)生自主探究，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，難度太大。所以，我采取啟發(fā)誘導(dǎo)、層層推進(jìn)的方法，讓學(xué)生逐步得出凸透鏡的成像規(guī)律。尤其對(duì)于當(dāng)物距等于焦距時(shí)，不成像，學(xué)生無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出。所以，教學(xué)中，采取讓學(xué)生找放大實(shí)像和放大虛像分界點(diǎn)的方法，巧妙的得出1倍焦距分虛實(shí)，焦點(diǎn)處不成像。

通過(guò)現(xiàn)象提出問(wèn)題，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究來(lái)解決問(wèn)題，是初中生普遍缺乏的一種能力。本節(jié)應(yīng)是一堂典型的實(shí)驗(yàn)探究課，不過(guò)，在探究的開放度上仍略顯不足。

參考文獻(xiàn)：

[1]義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書編寫組.物理（九年義務(wù)教育三年制初級(jí)中學(xué)教科書第二冊(cè)）[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.