5.1 透鏡教學設計八年級物理上冊（人教版2024）

5.1透鏡（教學設計）年級八年級授課時間課題5.1透鏡教學目標1.認識凸透鏡和凹透鏡，了解透鏡的焦點和焦距。2.通過觀察，認識凸透鏡對光起會聚作用和凹透鏡對光起發(fā)散作用。3.能初步領略透鏡對光的神奇作用，激發(fā)求知欲。教材分析學情分析學生在上一章已經(jīng)對光的折射規(guī)律有了一定的了解，對于生活中很多光學儀器中用到的透鏡的學習應該是水到渠成的一件事。另外學生在學習光的反射和平面鏡成像特點時，已經(jīng)對探究實驗有所體驗，所以學生對本節(jié)課的實驗探究過程中小組合作交流的意識比較強。八年級學生正處于身體和心理發(fā)育、成長階段，思維活躍，求知欲旺盛，對于實驗有著強烈的好奇心，愿意動手操作并觀察實驗現(xiàn)象，雖然學生的實驗探究的興趣濃厚，但是邏輯分析能力不強，抽象能力較弱，教師應多讓學生動手實驗，通過分析實驗現(xiàn)象，提高歸納知識的能力。教學重點凸透鏡對光有會聚作用，凹透鏡對光有發(fā)散作用。教學難點1.凸透鏡對光線起會聚作用和凹透鏡對光線起發(fā)散作用。2.透鏡的三條特殊光線。教學器材不同形狀的凸透鏡和凹透鏡，演示用光學器件組一套，花眼鏡、近視眼鏡。多媒體ppt，包含視頻：《透鏡》、《凸透鏡、凹透鏡對光的作用》、《透鏡的焦點和焦距》等。教學過程教師活動學生活動導入新課用照相機拍照，可以把瞬間的情景留作永恒的記憶；用投影儀投影，可以使教室里的同學看到放大的圖片；用顯微鏡觀察，可以讓化驗室的醫(yī)生看見血液中的各種細胞┈┈這些儀器共同的主要光學元件是什么?它們對光有什么作用呢?思考問題，進入情境。學習新課一、凸透鏡和凹透鏡1.透鏡【試一試】學生用手摸一摸近視鏡、放大鏡，比較它們的區(qū)別。【歸納】透鏡的種類：透鏡分為凸透鏡和凹透鏡。（1）凸透鏡：遠視鏡片中間厚、邊緣薄，這樣的鏡片是凸透鏡。（2）凹透鏡：近視鏡片中間薄、邊緣厚，這樣的鏡片是凹透鏡。（3）薄透鏡：一般透鏡的兩個表面中至少有一個表面是球面的一部分。如果透鏡的厚度遠小于球面的半徑，這種透鏡就叫作薄透鏡。2.透鏡的主光軸和光心【講解】透鏡可以看作是兩個球面形成的，兩個球面相交的公共部分是凸透鏡，兩個球面相離的中間部分是凹透鏡。（1）主光軸：透鏡上通過兩個球面球心的直線叫作主光軸（光軸）。（2）光心：主光軸上有一個特殊的點，通過這個點的光傳播方向不變，這個點叫作透鏡的光心。【播放視頻】——《透鏡》【例題1】透鏡是用透明物質制成的光學器件，它利用的是光的_______（選填“直線傳播”“折射”或“反射”）。中間比邊緣______的透鏡是凸透鏡，如圖中的______（填字母）；中間比邊緣______的透鏡是凹透鏡，如圖中的______。（填字母）【答案】折射；厚；B、C；薄；A、D。【解析】透鏡是用透明物質制成的光學器件，它利用的是光的折射；中間厚邊緣薄的是凸透鏡；中間薄邊緣厚的是凹透鏡；由圖可知，B、C中間厚邊緣薄是凸透鏡；A、D中間薄邊緣厚是凹透鏡。用手摸一摸不同的透鏡，回答它們的區(qū)別，知道凸透鏡和凹透鏡.理解透鏡的主光軸和光心概念.觀看視頻，加深理解透鏡的有關知識。做例題，會識別透鏡。學習新課二、透鏡對光的作用1.凸透鏡對光有會聚作用【實驗】①將一凸透鏡正對著太陽光（或其他平行光），再把一張紙放在它的另一側，來回移動，調(diào)整凸透鏡與紙的距離，觀察有什么變化？②讓平行于透鏡主光軸的幾束光射向凸透鏡，觀察光通過透鏡后的偏折方向?！粳F(xiàn)象】①凸透鏡會使太陽光會聚，在紙上出現(xiàn)一個很小、很亮的光斑。光斑處的溫度很高，長時間照射，紙會被燒焦。②與主光軸平行的光經(jīng)凸透鏡后會聚于一點?！窘Y論】凸透鏡對光有會聚作用（也叫會聚透鏡）。2.凹透鏡對光有發(fā)散作用【實驗】①拿一個凹透鏡正對著太陽光，再把一張紙放在它的另一側來回移動，仿照上圖做實驗。②讓平行于主光軸的幾束光射向凹透鏡，觀察光通過透鏡后的偏折方向?！粳F(xiàn)象】①無論怎樣調(diào)節(jié)凹透鏡和紙的距離，紙上不能得到最小、最亮的光斑。②與主光軸平行的光經(jīng)凹透鏡后向外發(fā)散?！窘Y論】凹透鏡對光有發(fā)散作用（也叫發(fā)散透鏡）。3.理解凸透鏡對光的會聚作用【提問并演示】入射到凸透鏡的光如果不是平行光，還能會聚嗎？讓不平行于透鏡主軸的幾束光射向凸透鏡，觀察光的傳播方向。引導學生通過作圖的方法理解會聚、發(fā)散的含義。【現(xiàn)象與分析】如果不是平行光，經(jīng)凸透鏡折射后的光線相對于入射光線靠攏了一些，最終的光線可能交于一點、也可能不交于一點。凸透鏡對光線的會聚作用是指把入射光線會聚了，相對于入射光線，折射光線更靠攏主軸。甲平行光束乙發(fā)散光束丙會聚光束【結論】凸透鏡對光有會聚作用，經(jīng)凸透鏡折射出的光線相對于入射光線，更靠近主光軸；4.理解凹透鏡對光的發(fā)散作用【提問并演示】入射到凹透鏡的光如果不是平行光，還能發(fā)散嗎？讓不平行于透鏡主軸的幾束光射向凹透鏡，觀察光的傳播方向。甲平行光束乙發(fā)散光束丙會聚光束【現(xiàn)象與分析】如果不是平行光，經(jīng)凹透鏡折射后的光線相對于入射光線發(fā)散了一些，最終折射光線的反向延長線可能交于一點、也可能不交于一點（如圖所示）。凹透鏡對光線的發(fā)散作用是指把入射光線發(fā)散了，相對于入射光線，其折射光線更遠離主光軸?！窘Y論】凹透鏡對光有發(fā)散作用，經(jīng)凹透鏡折射出的光線相對于入射光線，更遠離主光軸?！静シ乓曨l】——《透鏡對光的作用》【例題2】關于凸透鏡和凹透鏡，下列說法中正確的是（C）A．幾束光經(jīng)過凸透鏡后一定會聚到一點B．幾束光經(jīng)過凸透鏡后，一定會平行射出C．凹透鏡對光有發(fā)散作用D．幾束光經(jīng)過凹透鏡，折射光線的反向延長線一定會相交【解析】AB．凸透鏡對光線的會聚作用，這種會聚是相對于原來的光線，所以光經(jīng)過凸透鏡后不一定會聚到一點，也不一定會平行射出，故AB錯誤；C．凹透鏡對光有發(fā)散作用，故C正確；D．光經(jīng)過凹透鏡，折射光線的反向延長線不一定會相交。故D錯誤。所以選C?！纠}3】在下列虛框中放入適當?shù)耐雇哥R或凹透鏡，光路圖成立。其中放入凹透鏡的是（D）A．甲和丁 B．乙和丁 C．丙和丁 D．乙和丙【解析】甲圖中，平行光經(jīng)過透鏡后光線變會聚了，則虛框中放入的透鏡能會聚光，是凸透鏡；乙中光線平行光經(jīng)過透鏡后變發(fā)散了，則虛框中放入的透鏡能將光發(fā)散，是凹透鏡；丙中光線，會聚的光線經(jīng)過透鏡后光線比之前變發(fā)散了，則虛框中放入的透鏡能將光發(fā)散，是凹透鏡；丁圖中，會聚的光線經(jīng)過透鏡后變成平行光，則虛框中放入的透鏡能會聚光，則虛框中放入的是凸透鏡；綜上所述，放入凹透鏡的是乙和丙，故D符合題意，ABC不符合題意。故選D。做實驗，觀察現(xiàn)象，歸納結論。知道凸透鏡對光的會聚作用。做實驗，觀察現(xiàn)象，歸納結論。知道凹透鏡對光的會聚作用。通過作圖的方法理解凸透鏡對光的會聚、凹透鏡對光的發(fā)散的含義.觀看視頻，加深理解。做例題2與3，加深理解透鏡對光的作用，知道并能區(qū)別兩種透鏡對光的作用不同。學習新課三、焦點和焦距1.凸透鏡的焦點和焦距通過上面的實驗，歸納出焦點和焦距的概念。（1）焦點：凸透鏡能使平行于主光軸的光會聚在一點，這個點叫作焦點，用F表示。（2）焦距：焦點到光心的距離叫作焦距，用f表示?！咎釂枴客雇哥R有幾個焦點呢？同學們設想一下，如果讓一束跟主光軸平行的光線從凸透鏡的右面射向左面，它是否也能會聚于一點呢？【講解】（3）凸透鏡有兩個焦點，并且關于光心對稱。（4）凸透鏡焦距的意義：透鏡表面的凸起程度決定了它的焦距的長短，凸透鏡表面越凸，焦距越短，對光的會聚作用越強。（5）利用陽光測量凸透鏡的焦距【過渡】我們知道太陽光線是向四周射出的發(fā)散光線，但由于太陽距離地球十分遙遠，所以可認為太陽射到地球的光線可以看成是平行光。【學生實驗】太陽光聚焦法：把凸透鏡正對太陽光，上下移動透鏡，能在紙上形成最小、最亮的光斑，這個光斑是凸透鏡的焦點，用刻度尺測量焦點到凸透鏡的距離是凸透鏡的焦距?！静シ乓曨l】——《用陽光測量凸透鏡的焦距》2.凹透鏡的焦點和焦距【講解】凹透鏡的焦點和焦距（2）焦距：凹透鏡的焦點到光心的距離叫作焦距，用f表示。凹透鏡焦距的大小表示其發(fā)散能力的強弱，焦距越小，對光的發(fā)散能力越強?！静シ乓曨l】——《透鏡的焦點和焦距》3.凸透鏡的三條特殊光線【進行實驗】讓一束光沿任意方向通過光心，觀察現(xiàn)象?！就评怼扛鶕?jù)光路的可逆，經(jīng)過凸透鏡焦點的光線經(jīng)凸透鏡折射后會沿什么方向？【歸納】根據(jù)實驗現(xiàn)象及光路的可逆，可得出結論：（1）通過光心的光線傳播方向不改變。（2）平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后通過焦點。（3）經(jīng)過凸透鏡焦點的光線經(jīng)凸透鏡折射后平行于主光軸。凸透鏡的三條特殊光線凹透鏡的三條特殊光線4.凹透鏡的三條特殊光線【進行實驗】讓一束光沿任意方向通過光心，觀察現(xiàn)象。【推理】根據(jù)光路的可逆，射向凹透鏡焦點的光線經(jīng)凹透鏡折射后會沿什么方向？【歸納】根據(jù)實驗現(xiàn)象及光路的可逆，可得出結論：（1）通過光心的光線傳播方向不改變。（2）平行于主光軸的光線經(jīng)凹透鏡折射后發(fā)散，發(fā)散光線的反向延長線通過虛焦點。（3）射向凹透鏡焦點的光線經(jīng)凹透鏡折射后平行于主光軸射出。【播放視頻】——《凸透鏡、凹透鏡的三條特殊光線》【例題4】早在2000多年前，我國古人就能“削冰向日取火”，即用冰磨成一種透鏡，讓太陽光透過它點燃柴草取火，如圖甲所示。請在圖乙中畫出光線AB經(jīng)冰透鏡后的折射光線和光線CD對應的入射光線（O點為透鏡的光心，F(xiàn)為透鏡的兩個焦點）?！敬鸢浮恳娤聢D?！窘馕觥科叫杏谥鞴廨S的光線經(jīng)凸透鏡折射后將過焦點；通過焦點的光線經(jīng)凸透鏡折射后將平行于主光軸。如圖所示。【例題5】完成圖中光路圖?！敬鸢浮恳娪覉D。【詳解】平行于主光軸的光線經(jīng)凹透鏡折射后，其折射光線的反向延長線過焦點；延長線過另一側焦點的光線經(jīng)凹透鏡折射后將平行于主光軸；如圖所示?；貞泴嶒灛F(xiàn)象，得出凸透鏡焦點、焦距的概念.知道凸透鏡焦距大小不同的意義。進行實驗，觀看視頻；正確測出凸透鏡的焦距。回憶實驗現(xiàn)象，得出凹透鏡焦點、焦距的概念.知道凹透鏡焦距大小不同的意義。觀察實驗現(xiàn)象，進行推理，通過用三條特殊光線可以描述凸透鏡成像的規(guī)律。觀察實驗現(xiàn)象，進行推理，通過用三條特殊光線可以描述凹透鏡成像的規(guī)律。觀看視頻。做例題4，會根據(jù)凸透鏡的特殊光線作圖。做例題5，會根據(jù)凹透鏡的特殊光線作圖。課堂練習課堂練習1．如圖是光線通過透鏡（圖中未畫出）的情形，其中是凸透鏡的是（）A．① B．②C．③ D．①②③④【答案】C?！窘馕觥坑蓤D可知，①②④中經(jīng)透鏡折射后的光線與射向透鏡的光線相比，遠離主光軸，說明透鏡對光線具有發(fā)散作用，所以是凹透鏡；③圖中的光線經(jīng)透鏡折射后，與透鏡前的光線相比，與主光軸的分離程度小，說明透鏡對光線具有會聚作用，所以是凸透鏡。故ABD不符合題意，C符合題意。所以選C。2．如圖畫出了光線通過透鏡（圖中未畫出）的情形，其中是凹透鏡的是（）A．只有d B．只有b和d C．只有c D．只有a、b、d【答案】D?！窘馕觥客雇哥R對光具有會聚作用，凹透鏡對光具有發(fā)散作用。因此從四個光線通過透鏡的情形可知，a、b、d的折射光線相對于入射光線是發(fā)散的，所以都是凹透鏡；只有c是凸透鏡，且入射光線是從某點發(fā)出的，折射光線變得會聚了。所以選D。3.如圖所示，小明手持凸透鏡正對著太陽，下面放一張白紙，調(diào)節(jié)透鏡到白紙的距離，會在白紙上得到最小最亮的光斑，在該光斑處能將火柴點燃，該光斑所處位置就是透鏡的_____，該光斑到透鏡中心的距離叫_____，經(jīng)過______的光不改變方向?！敬鸢浮拷裹c，焦距，光心.【解析】太陽光在白紙上最小最亮的光斑，就是透鏡的焦點，該光斑到透鏡中心的距離叫焦距。經(jīng)過光心的光不改變方向。4.公元前2世紀，西漢淮南王劉安的《淮南萬畢術》記載：“削冰令圓，舉以向日，以艾承其影，則火生”，其描述的現(xiàn)象如圖所示，下列說法錯誤的是（）A．“削冰令圓”指的是把冰削成凹透鏡 B．“舉以向日”指的是冰透鏡正對太陽光C．“以艾承其影”中的“影”指冰透鏡的焦點 D．“則火生”是因為冰透鏡能會聚光線【答案】A.【解析】A．古人將冰磨成一種冰透鏡，該透鏡中間厚、邊緣薄，屬于凸透鏡，“削冰令圓”指的是把冰削成凸透鏡，故A錯誤，符合題意；B．“舉以向日”指的是冰透鏡正對太陽光，讓太陽光平行于凸透鏡的主光軸照到凸透鏡上，故B正確，不符合題意；C．凸透鏡能將平行光會聚在焦點處，所以“以艾承其影”中的“影”指冰透鏡的焦點，故C正確，不符合題意；D．“則火生”是因冰透鏡是凸透鏡，能會聚光線，從而將太陽光的能量集中，產(chǎn)生高溫，引燃艾草，D正確，不符題意。故選A。5.光通過透鏡會發(fā)生折射，請將圖中的入射光線或折射光線補畫完整?！敬鸢浮坑覉D?！窘馕觥繄D中透鏡是凸透鏡，凸透鏡有三條特殊光線：過焦點的光線經(jīng)凸透鏡折射后平行于主光軸；穿過光心的光線傳播方向不變；與主光軸平行的光線折射后穿過凸透鏡的焦點，光路圖如圖所示.6.物理學習小組，選擇如圖所示的四個透鏡進行探究實驗（其中A、B和C、D是兩組形狀相同的凸透鏡，它們分別用玻璃、塑料和水晶制作而成）。（1）為了探究“凸透鏡的焦距大小與透鏡球形表面彎曲程度的關系”，小組同學應選