初中物理“探究凸透镜成像规律”教学研究与案例评析.doc

专题讲座
初中物理“探究凸透镜成像规律”教学研究与案例评析
王颖（北京市东城区教育研修学院，中学高级）
一、凸透镜成像规律教学研究
（一）“凸透镜成像规律”在光学知识中的地位
本节是初中光学的重要内容，在初步掌握透镜对光线作用的基础上，探究凸透镜成像规律，为进一步学习照相机等仪器和眼睛成像原理作铺垫。是一节集物理现象、物理概念、物理规律于一体的探究课。
涉及的概念：凸透镜、凹透镜的光学性质，凸透镜成像规律，光的折射等；
涉及的定律：光的折射；
两大特点：①综合性、实用性比较强，紧密联系日常生活实际；
②学习探究方法，培养科学探究的能力。
理解凸透镜成像的静态及动态规律，对于分析照相机、幻灯机和放大镜的工作原理、调节原理有着举足轻重的地位和作用。
本节的主要内容就是让学生通过科学探究的活动找出凸透镜成像的规律，使学生在全过程中自主研究，体验科学探究的全过程，从而培养科学研究方法，得出清晰的凸透镜成像规律。同时还培养了学生的发现问题、解决问题、分析归纳、动手、创造等多方面能力、以及培养了对科学的求知欲，与探究的科学态度。
学生是在理解透镜的概念和应用后学习凸透镜的成像规律，这是此章的重点，也是透镜教学的难点。学生在试验室探究凸透镜成像的规律是一个较完整的探究，要让学生亲自动脑：提出问题、分析问题、提出猜想、制定实验计划；动手：进行试验、验证猜想；再动脑：得出结论。通过学习和探究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。
（二）教材的地位和作用
《凸透镜成像》是光的折射的一个应用。它是在学生对生活中常用的透镜及其成像情况，获得丰富、具体的感性认识的基础上，带着问题，用探究的方法研究的内容。本节的主要内容，就是让学生通过科学探究的活动，在认识凸透镜的基础上找出凸透镜成像的规律，让学生在全过程中自主研究，体验科学探究的全过程，从而培养科学研究方法，得出清晰的凸透镜成像规律。
（二）“凸透镜成像规律”及相关知识的联系
1.实像与虚像
蜡烛射向凸透镜的光，经过凸透镜折射会聚所成的像是实际光线的会聚点，这个像是实像。能用光屏承接，也可以直接用眼观看。小孔成像、凹面镜和凸透镜所成的实像都是倒立的。
虚像是实际光线的反向延长线的交点。（包括：平面镜成像、凸面镜成像、凹面镜成的虚像、凸透镜成虚像），不能用光屏承接，但能用眼睛看到。平面、凹面、凸面镜和凸透镜、凹透镜所成虚像都是正立的。
2.三条特殊光线及光路图
（1）通过光心的光线传播方向不改变。
（2）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点，经凹透镜折射后发散，发散光线的反向延长线通过虚焦点。
（3）经过凸透镜焦点的光线被折射后平行于主光轴射出。射向凹透镜异侧虚焦点的光线被折射后平行于主光轴射出。
3.薄透镜、凸透镜厚度与焦距的关系
薄透镜是指透镜的厚度（穿过光轴的两个镜面间的距离）与焦距的长度相比较，在计算物距、像距、放大率等时，它的厚度可以忽略不计的透镜。光线与透镜对称轴线的距离远小于透镜直径时，且透镜厚度远小于曲率半径时，则可以用近轴近似，形成的薄透镜有固定焦距。
透镜表面越凸，圆弧的度数就越大，进、出的光线的偏离角就越大。曲率半径相同时，凸的就是厚的。但曲率半径不相同时，凸的未必就是厚的。凸透镜的凸面弧度所在圆的半径越大，折射能力越大。焦距和镜面的曲率有关，和厚度无关。边缘厚度与中心厚度的差值越大曲率越大，曲度越大的透镜焦距越短。
4.凸透镜的材质与焦距的关系
光在不同介质中传播折射率是不同的，透镜的焦距与折射率有关。折射率即光在真空中的速度c与在介质中的相速v之比，真空的折射率等于1。凸透镜正是利用了光线的折射原理。不同的材料是有着不同的折光率的。材料密度越大，折射现象越明显。对于凸透镜，在外形不变前提下，所用材料密度越大，其焦距就会越短。一块冰做的凸透镜和玻璃做的凸透镜相比，肯定是玻璃透镜焦距较短。
那么，对于同样都是光学玻璃材质的透镜呢？显然，镜头材料由于材质、成分、工艺的不同，其折光率肯定都是有区别的。假如用萤石、普通光学玻璃、镧系玻璃分别制成三块外形一样的凸透镜，来比较三者焦距的差别，那么，由于莹石的折射率较小，由它制作的凸透镜焦距要长一些；普通光学玻璃制作的居中；而由高折射率低色散的镧系玻璃制作的凸透镜的焦距就会短一些。
5.色差、像差
色差：光学材料都有色散，同一个凸透镜，对于红光来说，焦距略微长一点；对于蓝光来说，焦距略为短一点。这种现象叫做“色差”。凸透镜对不同色光焦距不同，会使物点射出的光能很好的会聚成一个完美的像点，所以成像模糊，并且像的放大率也不相同，像的边缘部分明暗交界处会有彩虹状的边缘。
球差：由于球面透镜各部位对于光的折射程度不同不完全相同，不能把物点照射于透镜所有部位的光线都会聚于一个相应的像点，这