“凸透镜成像规律”是光学部份的重点内容,也是《2011版高中数学新课标》中提及的20个中学生必做实验之一,并且这个实验也是今后学习照相机、幻灯机、放大镜和鼻子、眼镜的基础,为此在课堂教学中,必须引导中学生探究凸透镜的成像规律,让中学生在全过程中自主研究,体验科学研究的过程,在探究过程中培养科学研究方式,形成清晰的凸透镜成像的规律。
为了让中学生更好地把握这一重要规律,可以设计两种不同的学习思路,下面同样结合假期远程研修的优秀作业,将这两种不同的学习思路加以剖析:
思路一:实验法探究凸透镜成像规律
第一环节:课前打算
回顾“光现象”一章中有关“实像和实像”的内容:
(一)实像:由实际光线会聚而成的像。
现象:小孔成像——光的直线传播
(二)虚像:由(反射或折射)光线反向延长相交而成的像。
现象1:平面镜成像——光的反射(正立等大实像)
现象2:折射成像——光的折射
(1)人看水底的景物(变浅了的实像)
(2)潜水员看岸上的景物(变高了的实像)
第二环节:课堂探究
(一)情境导出
观看神舟十号简略发射过程,体会伟大祖国的科技进步。然后观看王亚平在太空教学讲解的水膜成像,奇妙的水膜除了形状规则并且能够成像,镜头中看,水膜成的像是哪些像?这是为什么呢?生活中还有什么类似的现象?
(二)科学探究
活动一:观察凸透镜成像
教师指导中学生观察:
1.将一支燃起的蜡烛置于凸透镜前较远的位置,在透镜的另左侧拿一块白纸屏来回联通,直到光屏上出现清晰的像为止。观察光屏上的像,描述像的特性。
2.将蜡烛渐渐紧靠透镜,重复上述实验,你发觉光屏上的像有哪些变化?
3.在蜡烛接近光屏的过程中,你在光屏上仍然能观察到蜡烛的像吗?如果无论如何联通光屏,在光屏上都看不到像,请将光屏拿开,用嘴巴通过透镜观察蜡烛的火焰。你又有哪些新的发觉?你能描述看见的现象吗?
学生讨论交流所看见的现象。
活动二:了解物距、相距及成虚像和实像的条件
学生观看PPT图片:
1.凸透镜成虚像的情境
2.凸透镜成实像的情境
小组总结交流:
(1)什么是物距、相距?
(2)什么条件下成虚像?什么条件下成实像?.
活动三:探究凸透镜成像规律
1.教师提出问题:通过活动一的现象,你觉得凸透镜成不同的像可能和哪些诱因有关?有哪些关系?
2.中学生推测:物体到凸透镜的距离不同,成像不同。
3.小组合作设计实验拟定计划:教师出示实验器材
方案一:
①把蜡烛置于距凸透镜较远处,调整光屏到凸透镜的距离探究凸透镜成像规律实验,使蜡烛在屏上成清晰的虚像。观察虚像的大小和正倒,测出物距和像距。
②保持凸透镜的位置不动,把蜡烛向凸透镜紧靠,多次改变物距,重复以上操作
③继续移近蜡烛,当蜡烛距凸透镜很近时,移动光屏,观察屏上是否总能得到蜡烛的像。屏上得不到蜡烛的像,则通过凸透镜观察像的大小和正倒。
方案二:
把蜡烛固定在光具座的一端,使凸透镜从较远处渐渐向蜡烛联通,同时调整光屏的位置,重复上述实验。
设计合理的实验记录表格。
4.进行实验与搜集证据:
根据选取的器材和实验方案,进行实验操作。把观察到的像的大小、正倒、虚实及检测的物距、像距的数值填写到设计的实验表格中。
5.分析与论证:
分析表格中的记录,找出凸透镜成像的规律。
①成倒立、放大的虚像时,物距和像距与焦距的关系。
②成倒立、蓿小的虚像时,物距和像距与焦距的关系。
③成正立、放大的实像时,物距与焦距的关系。
④凸透镜所成的像有倒立的等大的虚像,此时物距与焦距的关系。
6.评估:
①实验结果是否确切,看到的虚像是否清晰,读数是否有误?
当物距较小时,你在屏上看不到像,此时一定成实像吗?会不会是因为像距过大,像的位置超过了光具座的范围?遇到这样的问题,你如何处理。
②你的实验方案是否完整,还存在哪些问题,有哪些改进建议。
你有哪些新发现探究凸透镜成像规律实验,值得我们探究。
7.交流与合作:
①与朋友交流,实验过程中你是怎么快捷地观察到烛焰的像的。
②如果烛焰、透镜、光屏中心不在同一水平线上,实验会如何?
③当光屏上得到清晰的虚像时,保持透镜位置不动,把蜡烛和光屏对调一下位置,你将观察到哪些现象?
④同学之间交流,当凸透镜的焦距过大或过小时,对实验操作会有哪些影响,选用焦距多大的凸透镜更好?
8.实验推论:
实验表明,利用凸透镜可以成虚像,也可以成实像。实像可能是放大的,也可能是缩小的。实像是倒立的,与物体分居凸透镜的左侧。虚像是正立的,放大的,与物体坐落凸透镜的同侧。
9.拓展实验:
①当光屏上得到清晰的虚像时,保持透镜位置不动,把蜡烛和光屏对调一下位置,你将观察到哪些现象?
②当光屏上得到清晰的像时,用手捂住透镜的一半,观察像有哪些变化,分析一下为何?