小学科学一 奇妙的光3 凸透镜成像教学设计

知识与技能

1.知道物距、像距的概念。

2.理解凸透镜成像的规律。

3.学会“探究凸透镜成像的规律”实验的操作技能。

过程与方法

1. 学会用控制变量法设计探究凸透镜成像规律的实验方案，会根据方案选择合适的器材，初步体会科学探究的方法。

2.培养学生收集和处理数据的能力，对探究结果进行交流、评价的能力。

情感、态度与价值观

1.在探究“凸透镜成像的规律”的过程中，养成认真负责、实事求是的科学态度。

2.通过汇报凸透镜成像的不同情况的过程，体验合作交流在探究中的重要性。

教  学

重难点

重  点

体验探究的过程，通过实验数据分析归纳，得出凸透镜成像规律

难  点

在探究成像规律的过程中，像与物所在范围的确定

教学准备

1.教师器材：多媒体（拍摄应用凸透镜的实例的图片和实验的图片，制作数据处理课件）等。

2.学生器材：LED灯、蜡烛，、凸透镜（f=10cm，f=8cm）、光屏、光具座、小魔筒。

教学过程

教学环节及时间安排

教师活动

学生活动

教学资源安排及设计意图

一、创设情境

导入新课

展现生活中的场景:挂在草叶上的露珠倒映出白菊花缩小的像、滴在文字上的水滴把字放大和教室里的投影仪的镜头可以放大图片。引导分析都是凸透镜，所成的像一会变大，一会变小，那么凸透镜成像有什么规律呢？从而引出探究的课题。

观察思考

用生活中常见简单的物品来做实验，观察到不同现象，激发学生的兴趣和求知欲望。体现“从生活走向物理”的理念，让学生感知物理就在生活中。

二、新课教学

1.提出问题进行猜想

2.设计实验

3.进行实验

①探究1

分析论证

得出结论

②探究2

分析论证

得出结论

③探究3

分析论证

得出结论

4.归纳总结

得出规律

三、知识应用

小魔筒游戏：

提供器材：LED灯、小魔筒、两只焦距不同的凸透镜。

让学生只通过小魔筒和增加不同的凸透镜后观察LED灯的字母“F”。汇报各自看到的现象。

由此引起学生的惊奇和疑问：为什么看同样的“F”，有大有小、有正有倒？从而提出要探究的问题，并为猜想提供了依据。

【提出问题】

凸透镜成像可能与什么因素有关呢？

【猜想】

生：可能凸透镜的位置不同，可能和焦距有关等。

利用图片引导学生，得到物距的概念： 物体到凸透镜的距离。

引导学生有根据地的进行猜想。

【设计实验】

根据猜想，凸透镜成像可能与物距和焦距有关。由一个量和几个量的关系引出探究的方法—控制变量法，进而提出问题，让学生思考实验思路。

问题：如果要探究凸透镜成像与物距的关系，该怎么做？

生：用焦距一定的凸透镜，改变物距，观察凸透镜成像情况；

追问：如果要探究凸透镜成像与焦距的关系呢？

生：控制物距不变，改变焦距，观察凸透镜成像情况。

在实验思路明晰的基础上先探究凸透镜成像与物距的关系。选择的实验器材有：

1．凸透镜：一只焦距为10cm的凸透镜。

2．发光物体：课本上用蜡烛做为发光物体，今天改用“F”字样的LED灯，并说明实验改进的好处。

3．光屏：引导学生观察光屏上的格子。说明用处和读法。

4．光具座：把F灯、凸透镜、光屏依次安装，并对零刻度线进行了改进。

先进行错误安装，让学生进行分析原因，引导他们知道怎么安装（发光物体、凸透镜和光屏三者中心在同一高度），以及为什么要这么安装。

说明如何找到最清晰的像的操作。

强调如何读物距和像距：先利用图片找到物距和像距。引导学生观察零刻度线的位置，知道这样设置的好处。

【进行实验】

探究实验1：在光屏上找凸透镜成缩小、等大、放大的像。

让每组学生通过改变物距，在光屏上找到缩小、放大、等大的像各一个。比一比看谁做得又好又快，请最快的3组同学把数据录入到电脑中。

边巡视时边发现问题，提醒实验要注意的问题。

1．操作要点：（1）LED灯、凸透镜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．要读出u、v、h，记录在表格的1、2、3行。

3．请大家分工合作。

学生进行实验操作，获取数据，老师巡视指导。并提醒实验完毕，关上LED灯。

【分析论证】

请几个同学汇报一下观察到的像的性质。

特别注意强调实像的判断。

师生分析1：我们先分析成缩小的像的条件。

（1）对数据进行观察并初步分析。

（2）再通过flash软件把实时数据转换为图形，把物像的情况直观的显示出来。引导同学仔细观察和分析。

通过刚才大家的观察，发现了什么？

引导学生观察思考得到成缩小像的规律。

结论：1．u>2f，成倒立、缩小、实像 ，f<v<2f； 

2．物距减小，像变大，像距增大。

分析2：也把放大像的数据转换为图形进行分析，得出结论。

结论：1． f<u<2f，成倒立、放大、实像 ，v>2f； 

2．物距减小，像变大，像距增大。

分析3：再来看等大像的数据，发现什么特点？也转换成图形进行分析得出结论。

结论：u=2f，成等大倒立的实像，v=2f。

进一步引导学生观察分析图形，让学生发现一个很特殊的位置，这个位置即为2F。物体在这个位置之外，成缩小像，在这个位置到F是成放大像，说明这个位置是个放大像和缩小像的分界点。

分析结论后板书：凸透镜成像规律

进一步引导观察分析刚才的3条结论，引导学生发现

（1）成放大像和缩小像时的物距和像距的区域很对称，呈现出物理的对称美。适时对学生进行美的教育

（2）成实像时，物距减小，像距增大，像变大。

  探究2： u<f时凸透镜所成的像。

如果物距继续减小到一倍焦距以内会怎么样呢？请同学们再试试看，把数据记录在表格的第4行。

学生实验：指导学生如何找像。

分析：请学生描述一下看到的像的性质。

生：当u<f时，成正立，放大的虚像。

注意强调虚像的判断。

得出结论：u<f，成正立，放大，虚像。

探究3：  u=f 时成像情况。

再次引导观察分析结论，u=2f是放大像和缩小像的分界点，那么在实像和虚像中间呢？也有一个分界点，即焦点，那么如果把物体放在焦点，成像情况又怎样？学生实验：把LED灯放在一倍焦距的位置，观察成像情况。

汇报观察结果。得出结论：u=f，不成像。

应用动画光路图，利用通过凸透镜的特殊光线进一步分析：像点是光线通过透镜的相交于一点形成的，当物体不断靠近凸透镜趋向焦点时，物距减小，像距增大，就好像“物在追，像在跑”。当物体趋近于焦点，像越来越大、越来越远，当物体到达焦点时，出射光线变成了平行光，像到达无穷远处就看不到了。当物越过焦点后，量变引起质变，像点是由折射光线反向延长相交而成的，因此成像发生了变化，由实像变成了虚像。因此焦点是实像和虚像的分界点。

首尾呼应:

 回到课前展示的生活现象和魔筒小游戏，请学生用这节课学习的凸透镜成像规律进行简单的解释。

【质疑感悟】

请学生自己总结通过探究学到了什么？感悟到什么？并鼓励学生进行质疑。老师针对学生的回答进行分析、修正和完善。

【归纳总结】

进一步说明，科学家经过大量的实验发现，用焦距不同的凸透镜做实验，也可以得到同样样的成像性质，但成像的大小将会不同。

提出新的探究课题：探究物距相同时，改变像距，观察凸透镜成像的情况。由于时间关系，留待课后研究。

师小结：可见，凸透镜的成像性质是由物距与焦距的关系决定的。但即使成像性质相同，由于焦距不同，所成像的大小也是不同的，感兴趣的同学课后可以继续探究。

投影凸透镜规律图形和内容：

【学以致用】

在日常生活中，凸透镜得到了广泛的应用，如照相机、投影仪、放大镜等，他们的镜头都是凸透镜，只不过成像的性质不同。除此之外，透镜在工业、医学、军事的等领域的应用相当广泛，我们只有了解和掌握透镜的基本知识，将来才能进一步研究其他特性，更好的为人类服务。

学生动手亲自体验凸透镜的神奇。

交流大家的观察结果，产生疑问。

通过观察现象，引起惊奇并产生疑问：凸透镜成不同的像由什么决定？

有根据实验现象有依据地进行猜想。

师引导生分析实验思路

学生带着问题，设计实验，

根据实验方案，选择合适的实验器材，认清每种器材的作用和用法。由学生一起分析实验改进的好处

认识器材的基础上学习实验操作要点。

学生实验，分工合作

并将数据输入电脑，

学生汇报观察到的现象，分析成像的性质。

学生观察数据并进行分析，从中自己归纳得出结论

引导学生通过分析图形找到规律。并能顺利描述出自己的观点。

学生分析思考、交流

学生实验：研究u<f的成像情况。

汇报观察结果。

学生实验：观察u=f的成像情况。

汇报观察结果。

共同分析在焦点时的成像情况

学生利用凸透镜成像规律进行简单解释

学生总结所学和感悟，并可能提出质疑。

理解性地记忆凸透镜成像规律

体会凸透镜在生活中的应用。

通过学生自己动手，激发探究的激情。

引导学生进一步思考，透过现象看本质，能对现象进行思考提出问题。

利用图片学习物距的概念，为下面的设计实验做好铺垫。

引导学生讨论实验方案。

实验器材的选择的意图：

（1）原来的实验使用的发光物体一般为蜡烛，学生实验时得到的像亮度低，不容易比较等大的像。而本实验中采用LED灯，亮度增大，灯显示的字母F成像后像的上下左右的颠倒都能看清，灯的大小固定，在光屏上就可以画等大的格子，成像时可以很容易得到等大的像，有效突破学生实验的难点。

（2）在以往的光具座上，学生要记下三个刻度线，相减才能得到物距和像距，本实验重新打印刻度尺，将零刻度线标在标尺中央，即凸透镜的位置，使学生更直观的读出物距和像距，突破了学生实验中的难点。

（3）以往学生常常难以理解像的变化规律。本实验中在光屏上画有格子，让学生读出像高的格数，比较像放大或缩小的程度，为像的变化规律埋下伏笔。突破学生学习的难点。

培养学生合作能力、观察能力、交流合作精神。

培养学生学会收集数据、处理数据的能力

从数据直接得到凸透镜成像规律是以往教学中的难点，本节课设计了软件改用了图形分析，让学生更加直观的得到结论，突破了难点。

启发学生从实验数据中找出规律，并能用自己的语言描述结论。培养了分析归纳的能力、语言表达能力。

发现物理的对称美，适时对学生进行美的教育

应用动画来进行进一步的分析和总结，形象具体地看到随着物距变化，凸透镜成像性质改变的整个过程，学生得到动态体验，更加深理解。

渗透物理思想的教学：量变引起质变的思想和推理分析的方法。

解释课前问题和实验，首尾呼应。

由一个学生总结，其他学生补充，修正，让学生自己参与到总结规律中，加深了记忆。

鼓励归纳感悟和大胆质疑，培养学生的思维能力和创新意识。

加强了师生互动和生生互动

得到结论后，再引出课后探究问题，延伸课题。培养学生独立探究的能力。

体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。

作业

1. 课本第71页，第1、2、3题。

2. 思考：鱼缸中的小金鱼看起来为什么变大了呢？

3. 课后探究：物距相同时，焦距不同，凸透镜成像

有何不同？

4. 巧记凸透镜成像规律：学唱口诀歌。

设计意图

1. 作业2应用所学知识解释生活中现象，感受物理就在我们的生活中。

2. 作业3鼓励学生课后探究，拓展延伸。

3.作业4激发学生兴趣，很容易记住凸透镜成像规律。

板书设计

                                                            §4.5   探究凸透镜成像规律

一、物距（u）    像距（v）

二、凸透镜成像规律 

                                  1. ｕ>2 ƒ   倒立、缩小、实像   ƒ<v<2ƒ

     u=2ƒ    倒立、等大、实像   v=2ƒ

ƒ<u<2ƒ   倒立、放大、实像   v>2 ƒ

2. u<ƒ      正立、放大、虚像

三、应用