初中物理“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗教學(xué)設(shè)計方案一、教學(xué)背景與目標(biāo)（一）教學(xué)背景《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》強調(diào)“科學(xué)探究是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的重要方式”?！疤骄客雇哥R成像規(guī)律”是初中光學(xué)的核心實驗，它將光的折射規(guī)律與生活中凸透鏡的應(yīng)用（照相機、投影儀、放大鏡）相聯(lián)系，能幫助學(xué)生突破“像的性質(zhì)隨物距變化”的認(rèn)知難點，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。學(xué)生已初步認(rèn)識凸透鏡對光線的會聚作用，但對“物距如何影響像的性質(zhì)”缺乏系統(tǒng)認(rèn)知，需通過實驗探究建立清晰的規(guī)律認(rèn)知。（二）教學(xué)目標(biāo)1.知識與技能：理解凸透鏡成像規(guī)律，能根據(jù)物距判斷像的性質(zhì)（大小、正倒、虛實），并解釋照相機、投影儀等器材的成像原理。2.過程與方法：經(jīng)歷“提出問題—猜想假設(shè)—設(shè)計實驗—進(jìn)行實驗—分析論證”的探究過程，學(xué)會控制變量（固定焦距，改變物距）、規(guī)范記錄數(shù)據(jù)，提升科學(xué)探究能力。3.情感態(tài)度與價值觀：通過小組合作實驗，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神；感受物理規(guī)律與生活的聯(lián)系，激發(fā)對光學(xué)現(xiàn)象的探究興趣。二、實驗準(zhǔn)備（一）器材準(zhǔn)備每組配備：光具座（帶刻度）、焦距為10cm的凸透鏡（或多組不同焦距透鏡）、蠟燭、光屏、火柴；備用器材：不同焦距的凸透鏡（如f=5cm、f=15cm）、光屏支架。（二）分組與安全提示1.分組：4人一組，明確分工（操作員、記錄員、觀察員、匯報員）。2.安全提示：使用蠟燭時遠(yuǎn)離易燃物，實驗結(jié)束后及時熄滅；移動光具座上的器材時輕拿輕放，避免損壞。三、教學(xué)過程（一）情境導(dǎo)入，提出問題展示照相機、投影儀、放大鏡的實物或圖片，提問：“這些器材都用到了凸透鏡，為什么拍照時成縮小的像，投影時成放大的像，用放大鏡時看到的像又是正的？凸透鏡成像的特點與什么因素有關(guān)？”引導(dǎo)學(xué)生聚焦核心問題：凸透鏡成像的像的大小、正倒、虛實與物距（物體到透鏡的距離）有什么關(guān)系？（二）猜想假設(shè)，設(shè)計實驗1.猜想引導(dǎo)：結(jié)合生活經(jīng)驗，學(xué)生猜想：“物距越大，像越??？”“物距小于某一距離時，像會正立？”教師提示：“可圍繞‘物距與焦距的相對大小’（如u>2f、f<u<2f、u<f）猜想像的性質(zhì)?！?.實驗設(shè)計：變量控制：固定凸透鏡焦距f，改變物距u（物體到透鏡的距離），觀察像距v（像到透鏡的距離）和像的性質(zhì)（大小、正倒、虛實）。裝置組裝：將蠟燭、凸透鏡、光屏依次安裝在光具座上，調(diào)整三者中心在同一高度（目的：使像成在光屏中央）。實驗步驟：①點燃蠟燭，固定凸透鏡在光具座中間位置（如50cm刻度線處）；②移動蠟燭，使物距u>2f（如u=30cm，f=10cm），移動光屏找清晰的像，記錄u、v及像的性質(zhì)；③依次改變物距：u=2f（如20cm）、f<u<2f（如15cm）、u=f（10cm）、u<f（如5cm），重復(fù)步驟②（注意：u=f時，光屏上無像，需透過透鏡觀察；u<f時，光屏上無像，直接觀察蠟燭的像）；④換用不同焦距的凸透鏡（如f=5cm），重復(fù)實驗，驗證規(guī)律的普遍性。（三）分組實驗，收集數(shù)據(jù)學(xué)生分組實驗，記錄數(shù)據(jù)（示例表格）：物距u（cm）與焦距f的關(guān)系像距v（cm）像的大小像的正倒像的虛實-----------------------------------------------------------------------30u>2f20u=2f15f<u<2f10u=f—（無像）———5u<f—（無像）（四）分析論證，總結(jié)規(guī)律1.小組討論：結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，分析“物距與焦距的關(guān)系”對像的性質(zhì)的影響。例如：當(dāng)u>2f時，像距v在f和2f之間，成倒立、縮小的實像；當(dāng)u=2f時，像距v=2f，成倒立、等大的實像；當(dāng)f<u<2f時，像距v>2f，成倒立、放大的實像；當(dāng)u=f時，不成像（光線經(jīng)透鏡后平行射出）；當(dāng)u<f時，成正立、放大的虛像（光屏上無像，需透過透鏡觀察）。2.規(guī)律總結(jié)：師生共同梳理口訣：“一倍焦距分虛實，二倍焦距分大??；物遠(yuǎn)像近像變?。▽嵪瘢?，物近像遠(yuǎn)像變大（實像）；虛像正立同方向，物近像近像變小（虛像）”（注：虛像時，物距減小，像距減小，像變小，需結(jié)合實驗現(xiàn)象驗證）。（五）交流評估，反思優(yōu)化1.小組匯報：各小組展示實驗數(shù)據(jù)，匯報發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。教師引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑：“為什么有的小組u=15cm時像距不是30cm？”（提示：像的清晰度判斷存在誤差，需多次調(diào)整光屏找到最清晰的像）。2.問題討論：分析實驗中常見問題，如“光屏找不到像”的原因（三者中心未對齊、物距小于f成虛像、物距等于f不成像）；“像不清晰”的改進(jìn)方法（緩慢移動光屏，對比不同位置的像的清晰度）。（六）拓展應(yīng)用，聯(lián)系生活1.解釋器材原理：照相機：鏡頭（凸透鏡）使u>2f，成縮小實像，膠片（或感光元件）相當(dāng)于光屏；投影儀：鏡頭使f<u<2f，成放大實像，屏幕相當(dāng)于光屏；放大鏡：u<f，成放大虛像，直接用眼睛觀察。2.實踐挑戰(zhàn)：給一個未知焦距的凸透鏡，如何測量其焦距？（方法：①平行光聚焦法：讓平行光（如太陽光）經(jīng)透鏡后會聚，測量焦點到透鏡的距離；②實驗法：找到u=v=2f的位置，此時u/2即為焦距）。四、教學(xué)評價（一）過程性評價觀察學(xué)生實驗操作的規(guī)范性（如器材組裝、中心調(diào)整、數(shù)據(jù)記錄）、小組合作的有效性（分工是否明確、交流是否積極）、問題解決的能力（如遇到光屏無像時的分析能力）。（二）終結(jié)性評價1.作業(yè)：畫出u>2f、f<u<2f、u<f時的成像光路圖，標(biāo)注物距、像距與焦距的關(guān)系；2.實踐題：用凸透鏡觀察窗外的樹，光屏上成什么像？解釋原因（u>2f，成倒立縮小實像）。五、教學(xué)反思1.成功之處：通過情境導(dǎo)入激發(fā)興趣，小組實驗讓學(xué)生親歷探究過程，規(guī)律總結(jié)結(jié)合口訣便于記憶。2.改進(jìn)方向：部分學(xué)生對“三者中心等高”的操作掌握不熟練，可提前用動畫演示或增加練習(xí)環(huán)節(jié)；u=f時的實驗現(xiàn)象較抽象，需在實驗前明確觀察任務(wù)（如“此時光屏上無像，透過透鏡看燭焰，像的正倒、大小如何？