凸透镜成像规律的教学设计

教学设计

第48卷第11期2019年11月

凸透镜成像规律的教学设计

李琳

(郑州市第八十一中学河南郑州

450000)

文章编号：1002-218X( 2019) 11-0084-02

凸透镜应用于现代生活的方方面面，如生物实验 室的显微镜、天文工作室的望远镜、爷爷手中的放大 镜、摄影师拍照的照相机、教师上课的投影仪、汽车上 的远光灯和近光灯，以及人的眼睛，等等。如此应用 广泛的光学仪器，它的成像原理和成像规律也是中考 的高频考点，一般来说中学生都是通过背口诀而解 题，这看似能解决问题的方法虽然有效，但是从教育 的长远意义来讲，口诀易忘，运用从何谈起？授之以 鱼，不如授之以渔。笔者谈谈对凸透镜成像规律的教 学设计的思考。

_、一场森林大火背后的主谋——设置悬疑的导入森林中遍布着干燥的落叶，夏季温度高升，非常 容易引发火灾。按照正常的思维，空气的温度是不足 以点燃干燥的树叶的，除非一些没有安全意识的旅游 者随便丢烟头，极容易导致火灾。但是很多人不知 道，还有一种生活垃圾，就是透明的圆塑料瓶，它往往 是引发森林火灾的罪魁祸首，为什么呢？下面我们来 还原一个真实的“犯罪现场”。

小实验：用放大镜代替透明塑料瓶点燃火柴实验条件良好的光照条件，干燥火柴头，放大镜。师为什么透明圆塑料瓶最后被认为是罪魁祸 首呢？请大家观察塑料瓶的特点。

生有点像凸透镜。师对，下面我们用放大镜来代替圆塑料透明瓶演示这个过程。

实验现象光线透过放大镜汇聚成一个亮斑，将 亮斑对准火柴头，火柴头瞬间被点燃。如果对准干燥 的树叶，很快叶面变黑，慢慢点燃。

师大家看到亮斑了吗？这个亮斑温度很高。 说明凸透镜对光线有什么作用？

生有会聚的作用。

总结这样的小实验既能引人凸透镜的概念，圆 塑料瓶近似看成凸透镜，又可以

引导学生得出凸透镜对光线的一 会聚作用这一重要的规律，那个_会聚的点即为凸透镜的焦点，焦 点与透镜的距离称为焦距。

光路分析：如图1通过还原

V

7实验现象的本质，画出相应的光 图路图，便于学生的理解和记忆。

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中图分类号：G632.4 文献标识码：B

二、通过实验和光路原理进行成像规律的深入探讨

1.利用红外激光发射器探究凸透镜对光线的偏折效果

师既然凸透镜对光线有偏折的效果，那我们可以激光器发出平行光，沿不同的方向照射凸透镜，看 会发生什么样的偏折效果。

生利用红外激光发射器，在暗室中不断改变平 行光的角度和人射点，观察凸透镜对光线偏折的 规律。

实验现象凸透镜对从焦点射人的光线平行主 光轴射出，对经过光心的光线不产生偏折，平行于主 光轴的光会聚于焦点，从焦点发出的光平行于主光轴 射出，得出具体的三条光路规律如图2所示。

图2

2.小组实验活动探讨

照相机的镜头也是凸透镜，如何让大的物体缩小 而成像的呢？

通过生活实际能够发现物体离凸透镜的距离较 远，像成在相机中应该离凸透镜较近，如此引人物距 和像距的概念。

实验过程：引人光具组，让物体远离凸透镜，让屏 幕靠近凸透镜，捕捉到的像是倒立缩小的实像。

师照相机是物体离凸透镜近，还是像离凸透镜 近呢？

生像离得近。

师我们定义物体与凸透镜的距离为物距，用“ 来表示，像与凸透镜的距离定义为像距，用u来表示， 焦点与凸透镜的距离定义为焦距，用/来表示。

师同学们要想模拟照相机工作原理，物距应该多大呢？

生离凸透镜较远比较好。师下面请大家动手实验，并同时移动光屏捕捉 像的位置。并画出光路图，如图3所示。

图3

Vol.48No.llNov.2019

f Dbif教学参考

光路分析，见图4所示。

物件

图4

小结通过定性的分析，让照相机凸透镜原理通

过光具组的实验进行检验，得出倒立缩小的实像。通 过光路图进一步的诠释，让学生对凸透镜成像的规律 记忆更加深刻。

3.小组实验探究：投影仪的放大原理 师投影仪也是由凸透镜构成的，那么它的工作 原理是什么呢？

生可以移动蜡烛的位置去检验它的工作原理。 师怎么移动呢？

生通过实验发现物距越远，成像越小，离得近 才可能放大。

师请大家移动蜡烛找出成像放大的物距范围，

图5

光路图分析，见图6所示。

物件 八

图6

小结通过学生自己动手去感悟，物距的变化会 影响成像的规律。当学生移动物距在2/〜/之间时 发现成倒立放大的像。利用光路图的诠释，更利于学生记忆。

4.小组实验探究：成等大倒立实像

师移动的过程中有没有什么特殊的发现？生在蜡烛移动至2倍焦距的时候，成的像应该是等大的。

师非常好，可以试着画一下光路图吗？生根据几何关系确实是倒立等大的实像，如图

7所示。A

fP

< 1 11111II111 II 1 1 1 11111 1 1 1 111111 11 1

1

1111ii 111111

30 20 1030

\\J

图7

师移动蜡烛的过程中还有没有其他特殊的发现？

生当物距在1倍焦距的时候，怎么也捕捉不 到像。

教学设计

图8

学生画出如图8所示的光路图。

小结通过实验中的不成像的疑惑，到光路图的 证明更加加深了学生对凸透镜成像规律的理解。无 须记忆，只要掌握作图的规律就行。

5.小组实验探究：成放大虚像

师如果继续移动蜡烛让物距小于焦距，大家观 察一下会得到什么结果呢？

生无法捕捉像的位置？

师可否通过光路图的原理寻找像的位置呢？ 生光线无法汇交。

师可否反向用虚线延长光线呢？生找到了这个像，可是这个像跑到了物方一侧了。 师好，这样的像是不能在光屏上显示的，我们 定义为虚像，如图9所示。

图9

小结如此不难得出《 = /是成实像的临界，

/,可以成倒立实像，u表1

凸透镜成像规律

物距像的性质

(m)倒立放大实像像距应用

或正立

或缩小

或虚像(v)一束平行光实像点

V=f测凸透镜焦距u>2f倒立

缩小

实像

f等大实像

v=2f测凸透镜焦距f倒立放大

实像

v>2f

投影仪、 幻灯片

“=/

不成像，得到一束平行光u正立

放大

虚像

v^>u

放大铳

通过生活中凸透镜成像的实例引人，引领学生通 过实验来验证，再加上光路图的分析，从几何图形上 进行辅助的证明，这样凸透镜成像的规律无须太多的 记忆就可以内化成学生实际的解决问题的能力，这样 理论联系实际，让课堂变得更加高效。

(本文编辑：巨岳）

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