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物理

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5.3第五章 透镜及其应用 第三节 凸透镜成像的规律 重难点突破  

2014-11-25 10:54:31|  分类: 重难点突破 |  标签: |举报 |字号 订阅

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5.3第五章 透镜及其应用 第三节 凸透镜成像的规律 重难点突破

《凸透镜成像的规律》重难点突破
 

一、教学内容分析

本节内容既是“透镜”和“生活中透镜”知识的延伸与升华,又是“眼睛和眼镜”以及“显微镜和望远镜”的理论基础,是理论与实践的结合,因此它在本章起着至关重要的作用。新课程标准要求课堂应注重让学生经历从生活到物理,从自然到物理的认识过程,经历基本的科学探究实验和活动,从被动到主动,在锻炼能力的过程中掌握知识、技能,了解科技发展,从而融入现代社会中。所以本节课在课堂教学模式的改革,注重全员参与,让学生主动探究等方面作了一些努力。

二、重难点突破

凸透镜的成像规律这一内容是本章的重点。通过学习,不仅要使学生了解凸透镜的成像规律,而且要使学生初步了解科学探究的方法,强化学生学习的独立性、主动性。在探究过程中,引导学生对凸透镜的成像规律进行猜想,初步设计方案,用实验探究的方法,找到凸透镜成像的规律。

探究凸透镜成像的规律

突破建议:

1.提出问题

通过上一节的学习,学生们知道了照相机、投影仪里面都有凸透镜,放大镜本身就是一个凸透镜。他们都利用凸透镜使物体成像,但成像情况各不相同。照相机所成的像比物体小,而投影仪所成的像比物体大;照相机、投影仪所成的像是倒立的,而放大镜所成的像是正立的。引导学生提出问题:凸透镜所成像的大小、正倒跟物体的位置有什么关系?

2.作出猜想

启发学生对提出的问题作出猜想:照相时物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离大,而投影仪中物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离小,看来像是放大的还是缩小的,跟物体和像的相对位置有关;无论照相机还是投影仪,物体和所成的像都在凸透镜的两侧,而在放大镜中,物体和像在透镜的同一侧,看来像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。

3.设计实验

制订实验计划,指导学生做实验,验证上面的猜想是否正确。实验前先向学生介绍实验装置和做法,使学生明白实验研究什么问题,怎样去研究这些问题。在学生知道了实验的目的和做法以后,让学生按照课本中列出的实验步骤进行观察和实验。

课本上没有用光具座来做实验,是考虑到许多学校没有或只有数量很少的光具座。如果有用光具座做实验,会方便些。考虑到学生从未接触过光具座,教师应先展示器材介绍构造,让学生思考如何使像成在光屏中央?再示范调节凸透镜和光屏的高度,使它们的中心与烛焰中心大致在同一高度。此时提出两个问题让学生思考:(1)怎样在光屏上成清晰的像?(2)怎样观察虚像?

在学生思考的基础上,引导学生观察物、镜不动,光屏前后移动时,光屏上所成像会变模糊或变清晰,通过观察学生感悟到物、镜一定时,清晰像的位置是一定的,为学生实验做好铺垫。因为学生很容易把烛焰模糊的光斑误认为是实像,而使实验无法正常进行,所以教师这里需示范光屏上成清晰像的操作要领。

对于如何观察虚像,可以示范当物由远及近靠近凸透镜时,光屏无论怎样移动都不成像,这时把眼放在光屏这一侧,透过凸透镜观察烛焰,可观察到虚像,与放大镜观察物体相同。要求学生实验时将光屏置于像的位置,观察直接在光屏上能否看到像,确定像的性质。

此环节的设计意图是:培养学生的观察能力及养成积极思维、解决实际问题的能力。同时去除实验中可能影响学生探究的干扰因素,让学生有更多的时间完成探究实验。

在探究凸透镜成像规律的实验中,有不少细节需要提醒学生注意。只有很好地注意了这些细节,实验才容易成功,否则很难达到预期的效果。

(1)实验中必须把凸透镜放在蜡烛和光屏之间。如果不是这样,便无法在光屏上观察到像,当然也无法探究成像的规律。所以这是保证能在光屏上观察到像的前提条件,凸透镜放在蜡烛和光屏之间才能够在光屏上显示像(物理中称“实像”),说明凸透镜成实像时,物体和它的像分居凸透镜两侧。

(2)实验中烛焰、凸透镜和光屏的中心应该在同一高度。只有这样才能保证烛焰的像成在光屏中央,以利于观察,并便于测量物距和像距。有同学认为,只要这三者的中心在一条直线上就可以了,这是错误的。事实上,如果三者的高度不同,很难使像成在光屏上,找到了也不容易测量物距和像距。

(3)实验中凸透镜的镜面、光屏面应大致平行。若二者不平行,将导致光屏上的像各处清晰度不同,若二者垂直光屏上则找不到像。

(4)要在像最清晰时测量像距。进行实验时,我们发现光屏上出现像时,若光屏在一定范围内移动,屏上仍然能够得到像,只是清晰度不同。什么时候像最清晰呢?若将光屏向左右两个方向移动一点点,像都比原来模糊,则原来那个位置的像就是最清晰的像,这时光屏到透镜的距离才是像距。

4.进行实验与收集证据

提醒学生注意记录实验用的凸透镜的焦距f。如果不知道,可以借助太阳光进行测量。先把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置,调整光屏与透镜的距离,使烛焰在光屏上成一清晰的像,观察像的大小、正倒,分别测量物体、像到凸透镜的距离,把数据记录于课本上的表格中。

把蜡烛向凸透镜移近几厘米,放好后重复以上操作。

在测得了几组成倒立、缩小的像和倒立、放大的像的数据以后,思考:在什么情况下可以得到等大的像?理论和实验指出,当物距是焦距的二倍时,像和物等大。通过实验做一做,并观察此时的像距是多少?像是正立的,还是倒立的?

当蜡烛移到透镜的焦点时,在光屏上看不到蜡烛的像,继续把蜡烛向凸透镜靠近,这时在光屏上能看到蜡烛的像吗?拿去光屏,用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像,像是放大的,还是缩小的?正立的还是倒立的?此时的像是实像还是虚像?

学生进行实验时,常常会出现一些意想不到的问题,实验中要注意排除。

如:光屏上不能出现像,这个原因比较多。可能是烛焰位于凸透镜焦点以内,这时凸透镜只能成虚像,而虚像不能成在光屏上,眼睛必须从光屏一侧向蜡烛看,才能看到正立放大的虚像。也可能是烛焰正好位于凸透镜焦点上,这时凸透镜既不能成实像,也不能成虚像。还有可能是烛焰、凸透镜和光屏的中心不在同一高度,按要求调整好即可。最后一个可能是烛焰位于比凸透镜焦距稍大的位置,这时成的像离凸透镜太远,像也太大,小小的光屏接收不了。

还有成实像时,发现像不能成在光屏中央,应如何调整?比如发现像成在光屏右下角,怎样调整才能使像成在光屏中央?可以有三种方法:保持烛焰、凸透镜不动,直接把光屏向右下角调整;保持烛焰、光屏不动,把凸透镜向左上角调整;保持光屏、凸透镜不动,把烛焰向右下角调整。

一些程度较好的同学可能会提出这样的问题:凸透镜成实像时,像与物体上下是颠倒的,此时像与物体左右是否相反?答案是肯定的。我们可以通过实验进行研究。最简单的方法是轻轻吹一下烛焰,看光屏上烛焰的像向哪个方向飘动,若两个飘动的方向相同,则说明像与物体左右不相反;若两个飘动的方向相反,则说明像与物体的左右也相反。也可以取一高一低两支蜡烛同时放在凸透镜前,要使它们紧靠在一起并且物距相同,光屏上便出现高低不同的两个烛焰的像,比较烛焰和它们的像的位置关系,便可知道像与物体的左右是否相反。

5.总结归纳得出结论

在学生实验的基础上,让学生自己总结凸透镜的成像规律,并让他们书面或口头表述自己的观点。使学生知道:凸透镜既能成实像,也能成虚像;既能成放大的像,也能成缩小的像;既能成正立的像,也能成倒立像。总结出凸透镜成像的规律:

当物距大于二倍焦距时,成倒立、缩小的实像。

当物距等于二倍焦距时,成倒立、等大的实像。

当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时,成倒立、放大的实像。

当物距小于焦距时,成正立、放大的虚像。

换一个焦距不同的凸透镜,重复上述实验,验证你所得的结论。

通过实验我们能发现,一倍焦距和二倍焦距是成像的两个重要分界点,一倍焦距为成倒立实像与正立虚像的分界点;二倍焦距为成放大实像与缩小实像的分界点。

引导学生实验并思考:当物体从一倍焦距逐渐远离凸透镜时,像距和像的大小怎样变化?从一倍焦距逐渐靠近凸透镜时,像的大小又怎样变化?(在真实实验的基础上也可用计算机模拟整个过程。直接观看凸透镜成像的整个动态变化,从而对凸透镜成像形成一个宏观的整体的认识)。

为了帮助大家记忆,可以利用口诀:

一焦分虚实(即物体在一倍焦距以内成虚像,一倍焦距以外为实像)

二焦分大小(即物距小于二倍焦距,成放大的像;大于二倍焦距成缩小的像)

实像异侧倒(成实像时,物和像总在透镜的两侧,且像是倒立的)

物远像近小(物体离透镜越远,所成实像离透镜越近,且像越小)

虚像同正大(成虚像时,物和像总在透镜的同侧,且像是正立、放大的)

物近像变小(物体离透镜越近,所成虚像越小)

其中一、二两句是对成像情况的总体把握,三、五两句是成像情况的静态分析,四、六两句是成像情况的动态描述。




     三、凸透镜成像规律

 

这一内容是本专题的重点。通过学习,不仅要使学生了解凸透镜的成像规律,而且要使学生初步了解科学探究的方法,强化学生学习的独立性、主动性。这一节的内容较多,可分两节课讲。第一课时用于观察有关现象及收集证据;第二课时用于分析论证、交流合作、评估探究过程及了解凸透镜成像规律的初步应用。

 

通过上一节的学习,学生们知道了照相机、投影仪里面都有凸透镜,放大镜本身就是一个凸透镜。他们都利用凸透镜使物体成像。照相机所成的像比物体小,而投影仪所成的像比物体大;照相机、投影仪所成的像是倒立的,而放大镜所成的像是正立的。

 

引导学生提出问题:凸透镜所成像的大小、正倒跟物体的位置有什么关系?

 

然后让学生提出猜想:照相时物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离大,而投影仪中物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离小,看来像是放大的还是缩小的,跟物体和像的相对位置有关;无论照相机还是投影仪,物体和所成的像都在凸透镜的两侧,而在放大镜中,物体和像在透镜的同一侧,看来像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。

 

制订实验计划,指导学生做实验,验证上面的猜想是否正确。

 

实验前先向学生介绍实验装置和做法,使学生明白实验研究什么和怎样去研究。在学生知道了实验的目的和做法以后,让学生按照课本中列出的实验步骤独立地去实验、观察。课本上没有用光具座来做实验,是考虑到许多学校没有或只有数量很少的光具座。如果有用光具座做实验,会方便些。

 

照课本上介绍的方法,先把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置,调整光屏与透镜的距离,使烛焰在光屏上成一清晰的像,观察像的大小、正倒,分别测量物体、像到凸透镜的距离,把数据记录课本上的表格中。

 

把蜡烛向凸透镜移近几个厘米,放好后重复以上操作,当蜡烛移到透镜的焦点时,在光屏上得不到蜡烛的像。

 

继续把蜡烛向凸透镜靠近,这时在光屏上已经看不到蜡烛的像,用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像。

 

在学生实验的基础上,让学生自己总结凸透镜的成像规律,并让他们书面或口头表述自己的观点。使学生知道:当物体与凸透镜的距离大于透镜的焦距时,物体成倒立的像,当物体从较远处向透镜靠近时,像逐渐变大,像到透镜的距离也逐渐变大;当物体与透镜的距离小于焦距时,物体成放大的像,这个像不是实际折射光线的会聚点,而是它们的反向延长线的交点,用光屏接收不到,是虚像。可与平面镜所成的虚像对比(不能用光屏接收到,只能用眼睛看到)。

 

 

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