师:同学们好,这节课由我带领大家一起学习初中物理沪科版八年级上册第四章多彩的光第五节——科学探究凸透镜成像。老师手里有两个透镜,它们都是利用光的折射原理工作的。请大家仔细观察这两个透镜,它们的外观各有什么特点呢?
生:(同学们仔细观察并回答)
师:大家观察得很仔细。像这种中央薄、边缘厚的透镜,我们称之为凹透镜。而这种中央厚、边缘薄的透镜,我们称之为凸透镜。今天我们主要介绍这种两面中央都比边缘厚的双凸透镜。我们今天探究的双凸透镜,它的两个面其实是球面的一部分。要想探究凸透镜成像的特点,我们需要知道透镜的几个概念。这里我们把凸透镜的中心称之为光心,用O表示,通过两个球心的直线称之为主光轴。既然凸透镜是利用光的折射原理工作,那么当光入射到凸透镜上,光会如何传播折射呢?接下来请同学们观看凸透镜对光的作用的实验演示。那么凸透镜对光有什么作用呢?接下来我们将一束平行于主光轴的平行光源入射到凸透镜上。
生:(观看实验)
师:我们看到平行于主光轴的入射光经凸透镜折射后汇聚于一点,说明凸透镜对光有会聚作用。
生:(观察并理解)
师:通过刚才的实验,我们看到一束平行光入射到凸透镜上面,经过凸透镜折射后发生了会聚,说明凸透镜对光有会聚作用,所以凸透镜也叫会聚透镜。我们除了发现凸透镜对光有会聚作用外,通过实验我们还看到当入射到凸透镜上的光平行于主光轴时,经凸透镜折射后会汇聚于一点。此时我们把这一点叫做凸透镜的焦点,用f表示。根据光在折射时,光路是可逆的,我们可知,当光从凸透镜右侧平行于主光轴入射时,经凸透镜将折射汇聚于左侧的焦点。也就是说,对凸透镜而言,它的两侧各有一个焦点。这里我们把焦点到光心的距离称之为焦距,用小写f表示。
生:(认真听讲,理解概念)
师:通过老师刚才的讲解,同学们知道如何测量凸透镜的焦距了吗?我们只需要将光源平行于主光轴入射,移动光屏,在光屏上找到最小最亮的点,就是咱们要找的焦点。此时用刻度尺测量光屏上的焦点到光心之间的距离,即为焦距。除了用这种方法测焦距,我们比较常用的测焦距的方法还有利用太阳光平行于凸透镜的主光轴入射来测焦距,同学们课下可以进行尝试。刚才我们看到平行于主光轴入射的平行光经凸透镜折射后汇聚于焦点。那如果用光路图来描述光的传播路径,我们发现入射到凸透镜上的几条光线比较特殊。第一条,我们发现平行于主光轴的光将会汇聚于焦点,简称“平行过焦”。根据光在折射时,光路是可逆的,我们知道过焦点入射的光源经凸透镜折射后将平行于主光轴折射出来,简称“过焦平行”。第三条,我们还发现过光心入射到凸透镜上的光,经凸透镜后,光的传播方向不发生改变,简称“过心不变”。了解凸透镜的三条特殊光线,为我们理解凸透镜成像的特点打下基础。我们稍后继续讲解。我们生活中很多的工具都用到了凸透镜,比如说眼镜、放大镜等。老师今天也为大家准备了放大镜。接下来我们来用这两个放大镜看看屏幕上的文字。
生:(用放大镜观察屏幕文字)
师:我们发现经过放大镜后,看这个文字,一个成的像大一点,一个成的像小一点。接下来咱们再用放大镜看一看外面的高楼和树木,请问大家你观察到了什么呢?
生:(回答观察到的现象)
师:除了放大和缩小的不同,我们发现看远处的高楼,像的正倒也是不同的。由此可见,凸透镜可以成放大或缩小的像,还可以成倒立或正立的像。那还有没有可能成别的像?
生:(思考并回答)
师:非常好!根据平面镜成像的特点可知,凸透镜除了成倒立、正立、放大或者缩小的像之外,还可能成虚像或者实像。为大家的敏锐点赞。通过我们刚才的活动,请问凸透镜成像的大小、正倒、虚实可能和什么因素有关?
生:(思考并回答)
师:是物体离凸透镜的距离,简称物距,可能影响咱们的成像特点。那刚才咱们还用了两个不同焦距的放大镜,发现成像的特点也不同,说明凸透镜成像的特点可能与凸透镜的焦距也有关系。实验是检验真理的唯一标准。那如何通过实验来验证凸透镜成像的规律与哪些因素有关呢?老师给大家准备了这样一套器材,分别是凸透镜、F型LED光源、光屏以及光具座等。实验前我们要调节光源中心、光屏中心与凸透镜的光心在同一水平高度。这里如果我们此时找到的清晰的像在这个位置,那此时物体到凸透镜的距离为物距,光屏到凸透镜的距离为像距。那如何调节凸透镜的光心与光源中心和光屏中心在同一水平高度呢?具体请看接下来的演示。这是我们的实验器材。首先我们将凸透镜、光源、光屏依次安装在光具座上。将凸透镜固定在40厘米的刻度处。打开光源,将光源和光屏靠近凸透镜。调节旋钮,使光源中心、光屏中心与凸透镜的光心在同一水平高度。在找像的过程中,我们先将光源移动至距凸透镜一定距离,然后移动光屏,观察光屏上的成像特点,我们发现光屏上的像由模糊到清晰又模糊。反复比较像的清晰度,直至找到最清晰的像,读出此时的物距和像距,并且记录成像的特点。多次实验。
生:(认真观看演示)
师:知道如何调节凸透镜的光心与光屏中心和光源中心在同一水平高度后,我们接下来请同学们来利用自己的实验器材,尝试一下,看看能否找到清晰的像。
生:(进行实验操作)
师:实验过程中大家可能会发现,当我们的光源离凸透镜比较靠近时,无论怎样移动光屏都无法在光屏上找到像。请问是什么原因呢?是不成像吗?
