“凸透鏡成像規律”是光學部份的重點內容,也是《2011版高中數學新課標》中提及的20個中學生必做實驗之一,并且這個實驗也是今后學習照相機、幻燈機、放大鏡和鼻子、眼鏡的基礎,為此在課堂教學中,必須引導中學生探究凸透鏡的成像規律,讓中學生在全過程中自主研究,體驗科學研究的過程,在探究過程中培養科學研究方式,形成清晰的凸透鏡成像的規律。
為了讓中學生更好地把握這一重要規律,可以設計兩種不同的學習思路,下面同樣結合假期遠程研修的優秀作業,將這兩種不同的學習思路加以剖析:
思路一:實驗法探究凸透鏡成像規律
第一環節:課前打算
回顧“光現象”一章中有關“實像和實像”的內容:
(一)實像:由實際光線會聚而成的像。
現象:小孔成像——光的直線傳播
(二)虛像:由(反射或折射)光線反向延長相交而成的像。
現象1:平面鏡成像——光的反射(正立等大實像)
現象2:折射成像——光的折射
(1)人看水底的景物(變淺了的實像)
(2)潛水員看岸上的景物(變高了的實像)
第二環節:課堂探究
(一)情境導出
觀看神舟十號簡略發射過程,體會偉大祖國的科技進步。然后觀看王亞平在太空教學講解的水膜成像,奇妙的水膜除了形狀規則并且能夠成像,鏡頭中看,水膜成的像是哪些像?這是為什么呢?生活中還有什么類似的現象?
(二)科學探究
活動一:觀察凸透鏡成像
教師指導中學生觀察:
1.將一支燃起的蠟燭置于凸透鏡前較遠的位置,在透鏡的另左側拿一塊白紙屏來回聯通,直到光屏上出現清晰的像為止。觀察光屏上的像,描述像的特性。
2.將蠟燭漸漸緊靠透鏡,重復上述實驗,你發覺光屏上的像有哪些變化?
3.在蠟燭接近光屏的過程中,你在光屏上仍然能觀察到蠟燭的像嗎?如果無論如何聯通光屏,在光屏上都看不到像,請將光屏拿開,用嘴巴通過透鏡觀察蠟燭的火焰。你又有哪些新的發覺?你能描述看見的現象嗎?
學生討論交流所看見的現象。
活動二:了解物距、相距及成虛像和實像的條件
學生觀看PPT圖片:
1.凸透鏡成虛像的情境
2.凸透鏡成實像的情境
小組總結交流:
(1)什么是物距、相距?
(2)什么條件下成虛像?什么條件下成實像?.
活動三:探究凸透鏡成像規律
1.教師提出問題:通過活動一的現象,你覺得凸透鏡成不同的像可能和哪些誘因有關?有哪些關系?
2.中學生推測:物體到凸透鏡的距離不同,成像不同。
3.小組合作設計實驗擬定計劃:教師出示實驗器材
方案一:
①把蠟燭置于距凸透鏡較遠處,調整光屏到凸透鏡的距離探究凸透鏡成像規律實驗,使蠟燭在屏上成清晰的虛像。觀察虛像的大小和正倒,測出物距和像距。
②保持凸透鏡的位置不動,把蠟燭向凸透鏡緊靠,多次改變物距,重復以上操作
③繼續移近蠟燭,當蠟燭距凸透鏡很近時,移動光屏,觀察屏上是否總能得到蠟燭的像。屏上得不到蠟燭的像,則通過凸透鏡觀察像的大小和正倒。
方案二:
把蠟燭固定在光具座的一端,使凸透鏡從較遠處漸漸向蠟燭聯通,同時調整光屏的位置,重復上述實驗。
設計合理的實驗記錄表格。
4.進行實驗與搜集證據:
根據選取的器材和實驗方案,進行實驗操作。把觀察到的像的大小、正倒、虛實及檢測的物距、像距的數值填寫到設計的實驗表格中。
5.分析與論證:
分析表格中的記錄,找出凸透鏡成像的規律。
①成倒立、放大的虛像時,物距和像距與焦距的關系。
②成倒立、蓿小的虛像時,物距和像距與焦距的關系。
③成正立、放大的實像時,物距與焦距的關系。
④凸透鏡所成的像有倒立的等大的虛像,此時物距與焦距的關系。
6.評估:
①實驗結果是否確切,看到的虛像是否清晰,讀數是否有誤?
當物距較小時,你在屏上看不到像,此時一定成實像嗎?會不會是因為像距過大,像的位置超過了光具座的范圍?遇到這樣的問題,你如何處理。
②你的實驗方案是否完整,還存在哪些問題,有哪些改進建議。
你有哪些新發現探究凸透鏡成像規律實驗,值得我們探究。
7.交流與合作:
①與朋友交流,實驗過程中你是怎么快捷地觀察到燭焰的像的。
②如果燭焰、透鏡、光屏中心不在同一水平線上,實驗會如何?
③當光屏上得到清晰的虛像時,保持透鏡位置不動,把蠟燭和光屏對調一下位置,你將觀察到哪些現象?
④同學之間交流,當凸透鏡的焦距過大或過小時,對實驗操作會有哪些影響,選用焦距多大的凸透鏡更好?
8.實驗推論:
實驗表明,利用凸透鏡可以成虛像,也可以成實像。實像可能是放大的,也可能是縮小的。實像是倒立的,與物體分居凸透鏡的左側。虛像是正立的,放大的,與物體坐落凸透鏡的同側。
9.拓展實驗:
①當光屏上得到清晰的虛像時,保持透鏡位置不動,把蠟燭和光屏對調一下位置,你將觀察到哪些現象?
②當光屏上得到清晰的像時,用手捂住透鏡的一半,觀察像有哪些變化,分析一下為何?