《生活中的透鏡》自制教具實驗教學

活動1：在課件上出示孫悟空的圖片，模擬如來佛祖，利用凸透鏡將孫悟空投射在掌心（如圖1）。那么，凸透鏡在生活中還有哪些應用呢？

圖1

引出課題——《生活中的透鏡》。

如果我們想讓手心里的像大一些，該如何操作？（學生通過實驗得出：應將凸透鏡靠近物體）

先弄清兩個距離：物距u和像距v。（多媒體展示）

打開燈，在剛才的位置還能看到手心里孫悟空的像嗎？（不能）

其實，生活中也有類似的裝置——（同學們知道是什么嗎？）——照相機；真正的照相機工作時，也不能在很亮的地方成像——暗箱。現在，同學們想不想組裝一臺照相機，給我們的物體拍照？

活動2：請同學們利用桌面上的器材（如圖2），組裝照相機模型，并用此模型對白板上的“F”（如圖3）進行“拍照”。

圖2

圖3

考查學生的觀察能力：你通過照相機模型看到的像與白板上的“F”有什么區別？（學生充分體會“倒立”包括上下顛倒和左右顛倒）

活動3：點燃蠟燭，讓學生們對其拍照，并提出問題：在給物體照相時，要想使像變大，物距該如何變化？在減小物距的同時，像是否始終清晰？如果不清晰，該如何改變像距？請同學演示探究過程。

結論：照相機成實像時，物距減小、像距增大、像也變大。

關于照相機的原理，為了分解難度，我是分四個層次探究的：首先，照相機成縮小的像，這通過孫悟空在手心里的像是縮小的，孩子們很容易發現。那倒立的像該如何讓孩子們理解呢？我讓孩子們利用桌面上的器材自制照相機模型，然后對白板上的“F”拍照，通過觀察比較照相機模型上的圖像與白板上的“F”的不同，孩子們很容易得出“倒立”包含上下顛倒和左右顛倒。對于第三層含義——實像，因為前面我們講過小孔成像，也自制過針孔照相機，孩子們很容易知道，凸透鏡在作為照相機時成的是實像，因為可以用后面的半透明膜接收到，也就是說能用光屏接收到的是實像。第四個層次：為什么要選擇用蠟燭代替白板上的“F”做實驗呢？因為實驗器材中的凸透鏡焦距f=10厘米，對白板上的“F”拍照時，絕大多數同學的物距遠遠大于2f，物距太大，那么像成在焦點附近，所以在教室里改變物距時，像距變化極小，作為學生實驗，無法探究照相機成像時，物距減小、像距增大、像變大的問題。而改用蠟燭，因為物距較小，所以稍微一改變物距，像的清晰度就有明顯變化，即像距隨之變化，有利于得出結論。

到此為止，我們用實驗探究的方法，結合著小游戲，得出了照相機的原理：凸透鏡能成倒立、縮小的實像，并且物距減小、像距增大、像變大。其實在理論上，我們通過上一節講的透鏡的三條特殊光線，用作圖法也可以得出照相機的成像原理。接下來老師便利用課件展示作圖法（如圖4），使孩子們能夠從多角度理解照相機的原理。

圖4

圖5

活動4：老師用魔術盒表演魔術。老師展示給同學們的是一個空盒子，用手電筒照亮盒子，在離墻距離適當時可以在墻上看到一個漂亮的小仙女（如圖5），老師是怎么做到的呢？

接下來老師還利用魔術盒實現了在教室里播放電影：將手機放入盒中，調整盒子到白墻的距離，孩子們就可以在墻上看到比較清晰的電影畫面了（如圖6）。

圖6

這樣播放有什么好處呢？畫面放大了。這其實就是投影儀、幻燈機、電影放映機的原理。

那這個盒子為什么會有這樣的功能呢？孩子們通過觀察發現，原來在盒子的側壁有一個凸透鏡。

剛才凸透鏡在作照相機使用時，可以成一個縮小的像。同樣是凸透鏡，為什么又能成一個放大的像呢？凸透鏡所成的像到底與什么因素有關呢？大家在使用照相機模型拍照時，是物距小還是像距小呢？現在我們得到了一個放大的像，此時是物距小還是像距小呢？師生共同分析可以得出：照相機和投影儀，它們的物距和像距的大小關系正好相反。

根據這一特點引導孩子們將照相機模型改裝成投影儀模型。如何改裝？

既然兩者之間物距和像距的大小關系是相反的，那我們可以把原來成像的位置變成什么呢？通過啟發孩子們就可以想到：把成像的位置變成物體。那該如何變呢？

經過討論大家認為：只要把照相機的半透明膜撤去，在里面那一層膜上寫上字或畫上畫（這就是物體），照相機模型就成功地被改裝成了投影儀模型。

活動5：自制投影儀模型并實驗。

要求：1.自制投影儀模型（如圖7）。

圖7

2.要使自制投影儀模型成像更加清晰，應該怎么做？（用手電筒照射透明膠片上的字母F或R）

3.把成的像打到墻上，要求像最清晰且是正立的。

引導孩子們通過觀察得出：投影儀所成的像是倒立、放大的實像。那么問題又來了，我明明在墻上看到的是正立的像，為什么同學們說是倒立的呢？孩子們馬上反駁，因為物體“F”是倒立的。

這是實驗探究得出來的結論，同樣也可以引導學生利用上節課講過的凸透鏡的三條特殊光線通過作圖法得出投影儀所成的像為倒立、放大的實像。那么孩子們就通過實驗和理論，多角度地體會到了投影儀的成像原理。

現在，請同學們將像都打到墻上，觀察像的大小（如圖8）。

提出問題1：老師在自制投影儀模型的透明膠片上寫的字母大小是一樣的，為什么有的同學成的像大，而有的同學成的像小呢？我讓學生在墻上只留下最大和最小的像，其他同學都關閉手電筒。請同學們觀察：成像大的同學距離墻壁遠，還是成像小的同學距離墻壁遠？同學們通過觀察與思考得出：要想成的像大，像距必須大。

圖8

提出問題2：我們要使投影儀所成的像更大，在增大像距的同時，像是否能夠保持清晰？如果不清晰，我們該如何調整物距？請同學演示探究過程，一邊操作一邊講解。通過交流，得出結論：投影儀成實像時，物距減小、像距增大、像也增大。（與照相機相同）

接下來展示投影儀的實物，并介紹它的構造。然后將透明膠片上的字打到房頂上，并介紹投影儀上的平面鏡的作用。為什么房頂上的字是倒立的呢？如何得到正立的字呢？請同學上臺，幫助老師將透明膠片改變方向，讓學生理解要想得到正立的像，必須將透明膠片倒著放。同時也可以演示投影儀成實像時，物距減小、像距增大、像也變大。

活動6：請同學們將凸透鏡摘下來，并用它來觀察自己的手指，你發現了什么？你看到的像是正立的還是倒立的？是放大的還是縮小的？是實像還是虛像？你是如何判斷的？你如何將你看到的像變大？

同樣也可以采用三條特殊光線作圖法，使孩子們從實驗和理論兩個方面，多角度地理解放大鏡的成像原理。

最后讓孩子們談談這一節課的收獲，還有哪些疑惑，還想探究哪些問題。

教學反思：本節課以興趣為起點、以知識為主線、以實驗為基礎、以科學探究為靈魂、以培養能力為抓手，滲透物理思想和科學方法，激發學生的學習興趣和熱情。重生活、重過程、重實驗、重探究、重方法、重應用、重交流、重合作，讓學生體驗、感受、參與知識的發生與發展的過程。在課堂中，創設情境，給學生一定的發展空間，讓學生在探究中學習。通過游戲、小魔術、小制作等多種手段，激發學生的學習興趣，點燃學生思維的火花。通過“體驗——思辨——表達”，進而做到“思維可視化”。在教學中，關注學生思維的發展，沿著學生思維的遞進展開，使不同程度的學生都得到了良好的發展。