一、從生活現(xiàn)象出發(fā)：認(rèn)識(shí)凸透鏡演講人從生活現(xiàn)象出發(fā)：認(rèn)識(shí)凸透鏡總結(jié)：從現(xiàn)象到規(guī)律，用科學(xué)解釋世界拓展與思考：從課堂到生活的科學(xué)延伸從規(guī)律到應(yīng)用：凸透鏡在生活中的“魔法”用實(shí)驗(yàn)探究規(guī)律：凸透鏡的成像特點(diǎn)目錄2025小學(xué)五年級(jí)科學(xué)上冊(cè)凸透鏡的成像特點(diǎn)課件作為一名從事小學(xué)科學(xué)教育十余年的教師，我始終相信：最好的科學(xué)課，是讓孩子從熟悉的生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，用親手操作的實(shí)驗(yàn)探索規(guī)律，再用總結(jié)的知識(shí)解釋世界。今天，我們要共同探索的“凸透鏡的成像特點(diǎn)”，正是這樣一個(gè)從生活走向科學(xué)、從觀察走向推理的典型主題。接下來(lái)，我將以“認(rèn)識(shí)—探究—應(yīng)用—拓展”的邏輯，帶大家深入理解這一知識(shí)點(diǎn)。01從生活現(xiàn)象出發(fā)：認(rèn)識(shí)凸透鏡1生活中的“放大魔法”——凸透鏡的初步感知同學(xué)們，還記得去年春游時(shí)，我們用放大鏡點(diǎn)燃過(guò)枯葉嗎？當(dāng)時(shí)大家擠成一團(tuán)，看著原本分散的陽(yáng)光被一塊透明鏡片聚成一個(gè)亮斑，不一會(huì)兒枯葉就冒煙了；還有教室里的老花鏡，爺爺戴上后，報(bào)紙上的字突然“變胖”了；甚至小區(qū)里的監(jiān)控?cái)z像頭，也藏著類似的“透明鏡片”。這些讓光“轉(zhuǎn)彎”、讓物體“變形”的鏡片，都有一個(gè)共同的名字——凸透鏡。2凸透鏡的科學(xué)定義與分類要真正認(rèn)識(shí)凸透鏡，我們需要先明確它的本質(zhì)特征。從光學(xué)結(jié)構(gòu)看，凸透鏡是中間厚、邊緣薄的透明鏡片，它的兩個(gè)表面通常是球面的一部分（也可能一面是平面）。根據(jù)具體形狀，凸透鏡可分為三類：雙凸透鏡：兩面都是向外凸起的球面（最常見的放大鏡多為此類）；平凸透鏡：一面是平面，另一面是凸起的球面（顯微鏡的部分鏡片采用這種設(shè)計(jì)）；凹凸透鏡：一面凸起、另一面凹陷，但整體仍保持中間厚邊緣?。ㄍh(yuǎn)鏡的某些鏡片會(huì)用到）。無(wú)論是哪種類型，凸透鏡的核心特性都源于其“中間厚、邊緣薄”的結(jié)構(gòu)——這種結(jié)構(gòu)會(huì)讓光線在通過(guò)鏡片時(shí)發(fā)生折射，改變傳播方向，從而產(chǎn)生匯聚光線、成像等現(xiàn)象。3凸透鏡與凹透鏡的區(qū)分：動(dòng)手觀察法為了避免混淆，我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方法區(qū)分凸透鏡和凹透鏡：摸一摸（需確保鏡片清潔）：凸透鏡中間明顯比邊緣厚，凹透鏡中間比邊緣薄；看文字：用鏡片靠近書本上的字，凸透鏡會(huì)讓字“變大”（成正立放大的像），凹透鏡會(huì)讓字“變小”；聚光實(shí)驗(yàn)：將鏡片對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)光，凸透鏡能在地面形成明亮的光斑（匯聚光線），凹透鏡則會(huì)讓光斑發(fā)散。上周的預(yù)習(xí)作業(yè)中，有同學(xué)帶了爺爺?shù)睦匣ㄧR（凸透鏡）和自己的近視鏡（凹透鏡），對(duì)比觀察時(shí)，小宇興奮地喊：“老師！老花鏡看遠(yuǎn)處的窗戶，窗戶居然倒過(guò)來(lái)了！”這正是凸透鏡成像的典型現(xiàn)象，也引出了我們今天的核心問(wèn)題——凸透鏡究竟能成什么樣的像？成像規(guī)律與哪些因素有關(guān)？02用實(shí)驗(yàn)探究規(guī)律：凸透鏡的成像特點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備：器材與原理要探究凸透鏡的成像特點(diǎn)，我們需要一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)室為大家準(zhǔn)備了：光具座（帶刻度，便于測(cè)量距離）；凸透鏡（焦距f已知，本次實(shí)驗(yàn)選用f=10cm的鏡片）；蠟燭（作為發(fā)光物體）；光屏（白色硬紙板，用于承接實(shí)像）；火柴、刻度尺（輔助工具）。實(shí)驗(yàn)的核心思路是：改變物體（蠟燭）到凸透鏡的距離（物距u），觀察像的大小、倒正、虛實(shí)，并測(cè)量像到凸透鏡的距離（像距v），從而總結(jié)規(guī)律。2實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)正式實(shí)驗(yàn)前，必須完成兩項(xiàng)關(guān)鍵操作：調(diào)整“三心等高”：將蠟燭、凸透鏡、光屏依次安裝在光具座上，調(diào)整三者的中心高度，使其大致在同一水平線上（如圖1所示）。這是因?yàn)槿舾叨炔灰恢?，光線通過(guò)凸透鏡后可能無(wú)法匯聚到光屏上，導(dǎo)致像偏上、偏下甚至無(wú)法觀察。確定凸透鏡的焦距f：本次實(shí)驗(yàn)直接給出f=10cm，但同學(xué)們可以課后用“太陽(yáng)光聚焦法”自主測(cè)量：將凸透鏡正對(duì)著陽(yáng)光，在另一側(cè)移動(dòng)光屏，直到光屏上出現(xiàn)最小最亮的光斑，此時(shí)光斑到凸透鏡的距離就是焦距。完成準(zhǔn)備后，實(shí)驗(yàn)分五組進(jìn)行（對(duì)應(yīng)五種物距情況），具體步驟如下：2實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)2.1物距u>2f（u=30cm）操作：將蠟燭固定在光具座30cm刻度處（假設(shè)凸透鏡在50cm刻度處，u=50cm-30cm=20cm？不，這里需要明確光具座的刻度邏輯，正確應(yīng)為：凸透鏡固定在光具座中間（如50cm刻度），蠟燭放在u=30cm的位置即蠟燭在20cm刻度處，此時(shí)u=50cm-20cm=30cm>2f=20cm）；觀察：緩慢移動(dòng)光屏（在凸透鏡另一側(cè)），直到光屏上出現(xiàn)清晰的像；記錄：像的大?。ㄅc蠟燭火焰相比）、倒正（用“正立”或“倒立”描述）、是否能用光屏承接（判斷虛實(shí)）。2.2.2物距u=2f（u=20cm）操作：將蠟燭移至30cm刻度處（u=50cm-30cm=20cm=2f）；觀察：移動(dòng)光屏，尋找清晰的像；記錄：像的大?。ㄊ欠衽c蠟燭等大）、倒正。2實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)2.3物距f<u<2f（u=15cm）操作：將蠟燭移至35cm刻度處（u=50cm-35cm=15cm，f=10cm<15cm<20cm=2f）；觀察：移動(dòng)光屏，記錄像的特點(diǎn)。2實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)2.4物距u=f（u=10cm）操作：將蠟燭移至40cm刻度處（u=50cm-40cm=10cm=f）；觀察：移動(dòng)光屏，是否能找到像？2實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)2.5物距u<f（u=5cm）操作：將蠟燭移至45cm刻度處（u=50cm-45cm=5cm<f=10cm）；觀察：此時(shí)直接通過(guò)凸透鏡觀察蠟燭（不使用光屏），記錄看到的像的特點(diǎn)。3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄與分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，同學(xué)們的觀察熱情很高。小薇在u>2f時(shí)喊：“老師！光屏上有一個(gè)小小的倒像！”小航在u<f時(shí)湊近凸透鏡：“哇，蠟燭變大了，而且是正的！”這些現(xiàn)象需要系統(tǒng)記錄（如表1）。|物距范圍（u與f的關(guān)系）|物距u（cm）|像距v（cm）|像的大?。ㄅc物比較）|像的倒正|像的虛實(shí)（能否用光屏承接）||-------------------------|-------------|-------------|----------------------|----------|----------------------------||u>2f|30|15|縮小|倒立|實(shí)像（能）||u=2f|20|20|等大|倒立|實(shí)像（能）|3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄與分析通過(guò)分析表格數(shù)據(jù)，我們可以總結(jié)出以下規(guī)律：|u<f|5|—|放大|正立|虛像（不能）||u=f|10|—|不成像|—|—||f<u<2f|15|30|放大|倒立|實(shí)像（能）|CBAD3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄與分析3.1實(shí)像與虛像的分界點(diǎn)：u=f當(dāng)u>f時(shí)，凸透鏡能成實(shí)像（光線實(shí)際匯聚而成，可用光屏承接）；當(dāng)u<f時(shí)，成虛像（光線反向延長(zhǎng)線匯聚而成，只能用眼睛直接觀察，無(wú)法用光屏承接）；u=f時(shí)，光線經(jīng)凸透鏡后平行射出，無(wú)法成像（如探照燈的原理，利用凸透鏡將光源放在焦點(diǎn)處，使光線平行射出，照亮遠(yuǎn)處）。2.3.2像的大小變化規(guī)律：u越小，像越大（u>f時(shí)）當(dāng)u>2f時(shí)，成縮小的實(shí)像；當(dāng)u=2f時(shí)，成等大的實(shí)像；當(dāng)f<u<2f時(shí)，成放大的實(shí)像；當(dāng)u<f時(shí)，成放大的虛像（且u越小，虛像越大）。3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄與分析3.3像的倒正規(guī)律：實(shí)像必倒立，虛像必正立所有實(shí)像都是倒立的（上下、左右均相反），所有虛像都是正立的。這是因?yàn)閷?shí)像是光線實(shí)際匯聚形成的，相當(dāng)于物體的“投影”；而虛像是光線反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)，相當(dāng)于物體的“放大版”，方向保持一致。實(shí)驗(yàn)中，有同學(xué)提出疑問(wèn)：“為什么用放大鏡看近處的字是正立放大的，看遠(yuǎn)處的窗戶卻成了倒立縮小的？”這正是因?yàn)楫?dāng)物體距離放大鏡（凸透鏡）的距離不同時(shí)，物距u與焦距f的關(guān)系發(fā)生了變化——看近處字時(shí)u<f（虛像），看遠(yuǎn)處窗戶時(shí)u>2f（實(shí)像）。03從規(guī)律到應(yīng)用：凸透鏡在生活中的“魔法”1照相機(jī)：u>2f的典型應(yīng)用我們手機(jī)、相機(jī)的鏡頭本質(zhì)上都是凸透鏡。當(dāng)我們拍攝遠(yuǎn)處的景物時(shí)，景物到鏡頭的距離u遠(yuǎn)大于2f，此時(shí)凸透鏡會(huì)在底片（或手機(jī)傳感器）上成一個(gè)倒立、縮小的實(shí)像（如圖2所示）。為什么照片是正立的？因?yàn)橄鄼C(jī)內(nèi)部的軟件或膠片沖洗時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)整方向。上周的實(shí)踐作業(yè)中，小濤用爺爺?shù)睦鲜较鄼C(jī)（膠片相機(jī)）做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)他靠近花朵拍攝時(shí)（u減?。?，需要將鏡頭向前伸（增大像距v），才能讓像更清晰——這正好符合“u減小，v增大，像變大”的規(guī)律。3.2投影儀與幻燈機(jī)：f<u<2f的應(yīng)用教室的投影儀是凸透鏡的另一個(gè)“大舞臺(tái)”。投影儀的鏡頭將幻燈片（物體）放在f<u<2f的位置，此時(shí)凸透鏡會(huì)在屏幕上成一個(gè)倒立、放大的實(shí)像（如圖3所示）。但我們看到的屏幕畫面是正立的，這是因?yàn)榛脽羝堑怪迦胪队皟x的——科學(xué)與生活的小智慧，就在這“倒插”的細(xì)節(jié)里！1照相機(jī)：u>2f的典型應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們用自制的“簡(jiǎn)易投影儀”（凸透鏡+手機(jī)電筒+半透明紙）驗(yàn)證了這一點(diǎn)：當(dāng)手機(jī)電筒（物體）靠近凸透鏡（f<u<2f），半透明紙（光屏）上出現(xiàn)了倒立放大的光斑；如果將手機(jī)倒過(guò)來(lái)，光斑就“正”了。3放大鏡：u<f的“放大魔法”最貼近同學(xué)們生活的應(yīng)用，當(dāng)屬放大鏡。當(dāng)我們用放大鏡觀察郵票、昆蟲時(shí)，物體距離放大鏡的距離u<f，此時(shí)凸透鏡成正立、放大的虛像（如圖4所示）。需要注意的是，放大鏡的放大倍數(shù)并非固定，適當(dāng)遠(yuǎn)離物體（但保持u<f），虛像會(huì)更大，但超過(guò)f后，像會(huì)變得模糊甚至倒立。小晴在實(shí)驗(yàn)后分享：“我用放大鏡看螞蟻，一開始離得很近，螞蟻?zhàn)兇罅说悬c(diǎn)模糊；慢慢拿遠(yuǎn)一點(diǎn)（沒(méi)超過(guò)f），螞蟻更清楚更大了！”這正是u接近f時(shí)，虛像放大效果更明顯的體現(xiàn)。4其他應(yīng)用：顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡與眼睛凸透鏡的“魔力”還延伸到更精密的儀器中：顯微鏡：物鏡（f較?。⑽⑿∥矬w放大成倒立的實(shí)像（f<u<2f），目鏡（相當(dāng)于放大鏡）再將這個(gè)實(shí)像放大成正立的虛像（u<f），最終我們看到的是“倒立放大的虛像”；望遠(yuǎn)鏡：物鏡（f較大）將遠(yuǎn)處物體成倒立縮小的實(shí)像（u>2f），目鏡（相當(dāng)于放大鏡）將實(shí)像放大成正立的虛像（u<f），因此我們能看清遠(yuǎn)處的物體；人類的眼睛：眼球中的晶狀體相當(dāng)于凸透鏡，視網(wǎng)膜相當(dāng)于光屏。正常眼睛通過(guò)調(diào)節(jié)晶狀體的厚度（改變焦距f），使不同距離的物體都能在視網(wǎng)膜上成倒立、縮小的實(shí)像（u>2f），大腦再將“倒立的像”處理為正立的視覺。04拓展與思考：從課堂到生活的科學(xué)延伸拓展與思考：從課堂到生活的科學(xué)延伸4.1問(wèn)題1：凸透鏡摔碎后還能成像嗎？有同學(xué)問(wèn)：“如果凸透鏡摔成碎片，用其中一塊碎片還能成像嗎？”答案是肯定的。因?yàn)橥雇哥R的成像原理是利用其整體的折射作用，即使碎片變小，只要保持“中間厚、邊緣薄”的結(jié)構(gòu)，仍能匯聚光線成像，只是像的亮度會(huì)降低（因?yàn)橥ㄟ^(guò)的光線減少）。4.2問(wèn)題2：為什么老花鏡是凸透鏡，近視鏡是凹透鏡？老花眼（遠(yuǎn)視眼）是因?yàn)榫铙w變薄，對(duì)光的匯聚能力變?nèi)?，物體的像會(huì)成在視網(wǎng)膜后方（如圖5左）。凸透鏡能提前匯聚光線，使像落在視網(wǎng)膜上（如圖5右），因此老花鏡用凸透鏡。而近視眼是晶狀體過(guò)厚，像成在視網(wǎng)膜前方，需要凹透鏡發(fā)散光線，因此近視鏡用凹透鏡。3課后實(shí)踐：自制“水凸透鏡”同學(xué)們可以課后用透明塑料瓶（如礦泉水瓶）裝水，制作一個(gè)“水凸透鏡”，用它觀察書本上的字、遠(yuǎn)處的窗戶，感受成像特點(diǎn)的變化。這個(gè)小實(shí)驗(yàn)?zāi)軒湍愀羁汤斫狻巴雇哥R形狀改變（厚度變化）會(huì)影響焦距f，從而改變成像規(guī)律”。05總結(jié)：從現(xiàn)象到規(guī)律，用科學(xué)解釋世界總結(jié)：從現(xiàn)象到規(guī)律，用科學(xué)解釋世界今天，我們從生活中的凸透鏡現(xiàn)象出發(fā)，通過(guò)實(shí)