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第二章光现象(全章概述和课时要求)全章概述本章主要研究光现象及其规律,内容包括光的直线传播、光的速度、颜色;光的反射规律;光的折射和跟现代生活十分密切的两种看不见的光──红外线、紫外线及其应用本章力图体现课程标准的教育理念,突出以下特点
1、强调学生是学习的主人,突出学生的探究性学习本章对规律性知识的学习,尽量安排为探究性的学习,主要安排了以下的探究活动色光的混合与颜料的混合,光反射时的规律,平面镜成像的特点探究性的学习活动跟知识的学习一样,也应遵循循序渐进的原则本章安排的探究性的学习活动,具有知识浅、实验操作方便、规律性强的特点,由于结论容易获得,适宜初中学生探究通过学生的探究活动,进行全过程的自主研究,体验科学研究的过程,受到科学研究方法的教育;从收集的证据中,总结和归纳出规律性的知识;从中获得成功的愉悦,为自信心的建立打基础
2、不过分强调科学自身的逻辑性和规律的严密性与传统初中物理教材相比,本章对光的反射定律和折射定律的编写做了较大的修改根据课程标准的要求,反射定律降低到反射规律水平这个降低,跟学生的认识水平是吻合的在学生的探究“光反射时的规律”活动中,获得的最显现的实验证据,是反射角和入射角的角度关系角度的大小关系是学生最关注的信息,因此最容易得到反射角等于入射角的结论至于入射光线与反射光线分居法线两侧以及它们跟法线在同一平面上的说法,由于学生在初中基本上不会碰到“共面”与否的物理情境,故教材中不做强调,使教材中的光反射时的规律的表述跟学生探究的结论一致这个不很严密的规律,对于初中生应用它认识实际问题不会产生障碍与传统初中物理教材相比,本章在对折射现象的研究中,定位在认识折射现象上理解由于折射而产生的现象的基础是折射定律折射定律历来是初中学生学习的难点由于本章对光的折射知识定位较低,教材未交待折射角跟入射角,也未研究与折射率相关的问题,而是从具体问题入手,重点研究光从空气射入水中或玻璃中的光线偏折的方向,只提出“光从空气射入水中或其他介质中时,光线向法线方向偏折”的结论至于鱼在哪里、池水变浅等问题的研究,对学生要求不高,能听懂就可以了这样安排,有利于减轻学生的课业负担
3、强调实验的作用物理学是一门以实验为基础的学科,它的基本研究方法是实验本章一如既往,仍然突出实验在教学中的作用,尽量安排学生动手操作的实验活动,让学生在教师的演示实验和自己亲身的实验中观察、体验,获得最直接的生动的实验事实资料,为物理学习打好基础课本在33页、36页、38页、46页等处,不仅对教师的演示实验提出要求,还提供了大量照片,还在“想想做做”、“动手动脑学物理”等栏目中,提供了大量的实践性的活动,期望学生在实践性活动——实验过程中体会和感悟实验方法对物理学习的重要性,激发学习物理的兴趣
4、密切联系社会生活的实际把光学知识跟社会生活实际紧密地结合,是这一章的另一个特点光学是有用的,表现在它的知识渗透在社会生活的各个方面光的知识与技术相结合,用于引导掘进的方向;光的知识与人文精神相结合,可以剖析神话故事;光传递的信息,可以发现宇宙之大;平面镜成像在视力检查上的应用、光的能量方面的应用——太阳灶,以及海市蜃楼、鱼在哪里的研究、热谱图、验钞机等,都体现了物理知识是有用的,它充满了魅力,在现代社会生活中充满了活力物理学习的重要目的,是理解社会生活中的科学技术,应用物理知识解决实际问题基于这样的考虑,这一章教材在改变传统课外作业的形式方面也做了一些努力,减少计算题,习题尽量结合社会生活的实际,让学生在多种形式的学习活动中成长课时建议本章共分五节,建议6课时第一节光的传播颜色1.5课时第二节光的反射1课时第三节平面镜成像1课时第四节光的折射1课时第五节看不见的光0.5课时复习和总结1课时说明与建议本章的章题图是天安门广场的节日礼花图景,突出视觉效果,把学生的注意力集中到美丽的光上光给视觉的刺激是它的五彩缤纷阅读指导概要地介绍了本章的主要内容和展开的顺序,给学生一个学习的线索第二章光现象(
一、光的传播颜色)目标
1、知识与技能了解光源,知道光源大致分为天然光源和人造光源两类●理解光沿直线传播及其应用●了解光在真空和空气中的传播速度c=3×108m/s●了解色散现象知道色光的三原色跟颜料的三原色是不同的
2、过程与方法●观察光在空气中和水中传播的实验现象,了解实验是研究物理问题的重要方法●阅读“科学世界我们看到了古老的光”的内容,了解光可以反映宇宙的信息,感悟宇宙之宏大●探究色光的混合和颜色的混合,获得有关的知识,体验探究的过程和方法
3、情感、态度、价值观●观察、实验以及探究的学习活动,培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度●通过亲身的体验和感悟,使学生获得感性认识,为后续学习打基础●通过探究性物理学习活动,使学生获得成功的愉悦,乐于参与物理学习活动说明与建议本节教学可以从展示光源的实物开始,也可以从学生们讨论式学习开始生活、生产中有各种各样的光源手电筒、火把、油灯、蜡烛、白炽灯、日光灯、霓虹灯以及钠灯、汞灯、氖灯等等,都是光源可以让学生们收集相关的资料,无论图片、文字、实物,由于学生参与实际活动,学习兴趣会很高通过对资料分析,得到光源的共同特征──发光体书上的6幅图片,有的是生活中常见的,如太阳、电灯、蜡烛;有的是农村可见的,如萤火虫;有的是城市可见的,如霓虹灯,也有不常见的,如水母这些图片可以丰富学生关于光源的感性知识光源内容的教学,注意把握用时不宜过多,拓展性的教学活动可以放到课外去做光是如何传播的学生已经知道一些光的直线传播的知识,但作为物理学习,应重视演示实验,使学生的感性认识更丰富一些演示光是怎样传播的光在空气中沿直线传播,学生已经知道教学中可以选择那些小学自然课做过的实验,再次展示光在空气中沿直线传播的现象光在玻璃和水中沿直线传播,学生的感性认识较少,一定要演示给学生看看做这个演示实验的方法较多
1、可以用激光笔市场上有售,价格不贵发出的激光束垂直射入水中或玻璃中,观察激光束在玻璃或水中的传播路径为了能看到水中的光路,可以在水槽的里面铺一张白纸作衬图2-1,也可以在水中滴少许牛乳或墨水
2、本实验也可以用光具盘,让光垂直玻璃面射入玻璃中并掠过光具盘,观察光在玻璃中的传播路线由于光的传播有方向,在这里可以向学生交待“光线”这个物理学名词应该使学生知道,人们用光线是来表示光的传播路线光线是带箭头的直线,如图2-2所示,箭头表示光传播的方向教学中,可以结合实际,示范性表示手电筒光束的光路,或放电影时的光束的传播路径关于光的直线传播的应用,教材中用典型事例棗激光引导掘进方向的图,示意性地展示了它的应用原理如果能向学生介绍一些利用激光准直的其他实例,学生会更感兴趣需要说明的是,我们在这里介绍光沿直线传播时,未介绍光沿直线传播的条件这是因为,学生刚刚学习光学,对介质的均匀与否缺乏思考的基础在本章的后续教学中,在研究折射规律前,涉及不到介质均匀性问题为了避免由于严格地定义造成学生学习兴趣下降,这里暂且不提这个问题本章在第四节中研究光的折射时讨论了这个问题光的直线传播的应用还有许多教学时可选择补充一些实例教学时,建议做个“小孔照相机”,让学生在简单的科学制作中,学习科学知识,体验成功的快乐,同时也为第四章的内容之一棗照相机的学习作一些铺垫小孔照相机的具体做法,请阅读本章的参考资料小孔照相机光的传播速度学生刚刚学完声音,了解声音在空气中速度的大小教材以此为基础,从学生熟知的现象展开光的传播速度的教学,从“光的传播比声音快”的感悟中,直接给出光在真空或空气中的速度c=3×108m/s为了使学生理解光速有多快,教材中用两幅图课本图2.1-4加以注解,通过图形象生动地说明光速非常快教学时应使学生了解真空中的光速是宇宙间最快的速度,并记住c=3×108m/s这个重要的物理常数科学世界我们看到了古老的光编写这个内容的目的是●宏扬科学教育中的人文精神联系神话故事,用科学的目光审视神话,是破除迷信的重要方面●用光速的知识理解自然世界,拓展性地了解一些天文知识,如宇宙之大,恒星发光,银河系以及宇宙的过去、现在和未来●了解最大的长度单位——光年●培养学生对自然的热爱教学可以采取学生自己阅读、教师辅导的方法进行颜色光的色散现象的教学,应做好演示实验,一定要给学生足够的感性认识在做好课本36页的“色散”的演示实验后,应尽量增加学生对色散的兴趣和体验想想做做“分解太阳光”的活动内容是利用平面镜和水来使白光色散的一个方案把由白光分解出的红橙黄绿蓝靛紫的色带反射到白色的墙壁上,很醒目分解太阳光的方法很多,教学中可以采用其他的方法如果学生手中有放大镜,用放大镜看彩色电视画面上的各色光条,也是一个比较理想的实验通过观察,可以发现,电视屏幕上显现出画面的丰富多彩的颜色,都是由红、绿、蓝三色光条合成的,课本图2.1-9展示的就是这种情景在现象感知的基础上,可以介绍色光的三原色教学中,老师不应让学生死记课本图2.1-8介绍三原色光合成的结果,而应让学生在探究的活动中去认识几种单色光合成的效果,在实验活动中获得感性认识探究色光的混合与颜料的混合本探究活动的目的是要使学生了解色光的混合与颜料的混合的规律是不同的三原色色光混合后为白色,三原色颜料混合后为黑色本探究的题目,可以由老师提出,也可以在老师给出一些情景后,启发学生提出在教学中,要注意调动那些对颜料了解比较多的热爱绘画的学生的积极性,动员他们为教学提供较多的背景材料使学生能够“提出问题”用在手电筒前放置有色透明胶片获得色光的方法,简单易行探究活动中,应充分调动学生的主观能动性,尽量让学生自主地制定探究计划和设计实验教师应帮助学生完善探究计划然后,做好实验,认真记录实验现象做好实验现象的记录,是为“分析和论证”提供材料,是一种培养收集信息能力的重要途径也是培养学生科学态度的重要环节,教学中可以引导学生学习用表格或图形记录实验现象应该至少做2组以上色光混合的实验和颜料混合的实验,客观地对比,得出实验结论探究活动也可以通过制作各种不同的彩色陀螺入手彩色陀螺的制作方法,见本章参考资料颜料的三原色是品红、黄、青参见课本图2.1-10,与人们通常说的三原色红、黄、蓝不同动手动脑学物理
1、设计一种方法,估测发生雷电的位置离你有多远学生想出办法的主要内容,是测出声音比光闪落后的时间因为声速大约为340m/s,光的速度大约为3×108m/s,在光传播的时间很短可忽略时,根据声音在空气中的速度以及时间,可求出闪电处距地球的距离
2、手电筒、灯光、日食和月食现象以及手影等
3、这是一道实践性练习题可以在课上完成,也可以在课下完成用各种放大镜都可以看得很清楚放大镜还可以自制,自制的方法见本书第三章最简单的放大镜可以用透明的玻璃杯盛上水代替第二章光现象(
二、光的反射)目标
1、知识和技能●了解光在一些物体表面可以发生反射●认识光反射的规律,了解法线、入射角和反射角的含义●理解反射现象中光路的可逆性●了解什么是镜面反射,什么是漫反射
2、过程和方法●通过实验,观察光的反射现象●体验和感悟我们是如何看见不发光的物体的●经历探究“光反射时的规律”,用实验的方法获得反射光线、入射光线跟法线位置的关系,测量反射光线与法线、入射光线与法线的夹角,总结探究的结论,获得比较全面探究活动的体验●通过观察,理解镜面反射和漫反射的主要差异
3、情感、态度、价值观●在探究“光反射时的规律”过程中培养学生的科学态度●密切联系实际,提高科学技术应用于日常生活和社会的意识●鼓励学生积极参与探究活动说明与建议反射的规律可以首先提出问题来引入课题我们为什么能够看见物体有光从物体射入我们的眼睛而后观察发光的白炽电灯和日光灯、平面镜、磨光的金属、书等物体,提问我们能看见这些物体是由于有光从物体射入我们的眼睛,由这些物体射入我们眼睛的光来源有什么不同呢从白炽电灯、日光灯射来的光是它们自己发出的,其他不发光的物体是反射光源射到它们上面的光简单总结出所有我们看到的不发光物体,都是由于它的表面能反射光,图2.2-2说明了这个问题举出几个由于物体表面情况不同,反射光的情况也不完全相同的例子,引发学生的好奇,然后转入研究光的反射规律的探究活动中探究光反射时的规律探究活动要作好探究的计划,使学生养成好的学习习惯明确每个探究步骤的主要活动内容探究前,应向学生介绍实验装置光源、平面镜、由一块白硬纸板组成的光屏,说明各部分的作用按课本图2.2-3做好实验,记录实验数据教师可先演示反射角与入射角的关系,让学生看清楚让学生使入射光线分别以30°、45°、60°的入射角射向平面镜,记录反射光线与入射光线的位置这些记录的事实,是总结光的反射规律的重要基础然后让学生量出每次入射光线和反射光线与法线ON的夹角,记录在事先画好的表格中最后让学生归纳总结出探究的结果需要注意的是,本书关于光的反射规律是由学生自己通过探究得出的,重点强调的是反射角等于入射角的规律对于原来教材中的比较严格的叙述,不必过分强求本探究的结果比较容易获得,探究过程比较好把握教师应该关注学生在整个过程中的参与水平和科学态度方面的表现,对探究活动中认真积极的学生给予鼓励课本图2.2-6表现了光反射时光路的可逆性,最好做一下有关的实验,让学生看看现象,可以由教师演示,也可以让学生自己实验光路可逆性的应用十分广泛,应尽量结合生活实际来介绍反射规律探究结束后,可让学生做一些关于反射规律光路方面的练习为平面镜成像的学习做一些准备漫反射利用课本上提到的太阳光射到平面镜上和白纸上产生的不同效果提出问题,让学生思考,引发学生的学习愿望如果有太阳光射入教室,还可以演示给学生看看太阳光斜射在平面镜上,会在墙上产生一个明亮的光斑;射到白纸上则不会产生光斑提出问题这是为什么引发学习兴趣可以用图2-3和图2-4的模型模拟镜面反射与漫反射照图2-3那样,把几根细针垂直插入一张硬纸板中,表示法线引导学生想象当入射光线平行射到各入射点时,反射光线将平行射出而后将纸张随意弯折,这时学生会看到“法线”不再平行让学生想象入射光线平行射到各入射点上时由于入射角不同,反射角也不同,反射光线一定不再平行图2-4在这个基础上,讲解什么是镜面反射和漫反射说明物体表面光滑时产生镜面反射;物体表面粗糙时,发生漫反射强调指出,漫反射能够使我们从各个方向看到物体为了加深对漫反射作用的理解,在这段教学的最后可以让同学讨论“动手动脑学物理”第2题 图2-3 图2-4动手动脑学物理
1、答案如图2-5
2、答案如图2-6改变同学的座位位置,或改变黑板的角度,用不反光材料
3、这是一道结合实际的题要让学生体验后,再回答用墙作反射面,应用了光的反射规律
4、这也是一道结合实际的题要让学生观察、体验后再回答,课本图2.2-10中光线的反射光线如图2-7所示第二章光现象(
三、平面镜成像)目标
1、知识和技能●了解平面镜成像的特点●了解平面镜成虚像,了解虚像是怎样形成的●理解日常生活中平面镜成像的现象●初步了解凸面镜和凹面镜及其应用
2、过程与方法●经历“平面镜成像特点”的探究,学习对实验过程中信息的记录●观察实验现象,感知虚像的含意●通过观察感知球面镜对光线的作用
3、情感、态度、价值观●在探究“平面镜成像特点”中领略物理现象的美妙与和谐,获得“发现”成功的喜悦●培养实事求是的科学态度●通过对平面镜、球面镜的应用的了解,初步认识科学技术对人类生活的影响说明与建议本节内容包括平面镜成像的特点、成像原理和平面镜的应用通过本节教学应使学生知道平面镜成像的特点,平面镜成像是反射光线的反向延长线形成的,初步了解虚像的概念平面镜成像的特点平面镜学生很熟悉上课时可以用一个较大的平面镜,让学生观察自己在平面镜内所成的像,并提出一些问题让学生思考,例如在平面镜中,你的像的大小跟你的大小一样吗当你改变与平面镜的距离时,像的大小改变吗像到镜面的距离怎样变化这些问题,并不要求学生立即回答,只是为了引起研究兴趣,为进行探究“平面镜成像特点”中“提出问题”作必要的铺垫探究平面镜成像特点这个探究活动比上一节的探究复杂一些找准物体在平面镜中所成的像,是学生认识平面镜成像特点的关键这个实验一定让学生自己去做通过动手实验,自己总结出规律来,由于有体验,一定会印象深刻,对知识理解得会更好学生的探究活动,还是要按部就班地进行要帮助学生制订探究的计划实验时选用的玻璃要薄些,如果用厚玻璃做这个实验,可能会看到两个不重合的像为了准确总结出“物像等距”的特点,可以在纸上事先画好坐标实验前教师可先演示一下,教给学生如何判断玻璃板后面的蜡烛与玻璃板前面点燃的蜡烛的像是否完全重合;左右移动头部,直到从不同位置看起来蜡烛和像完全重合为止如果没有蜡烛,也可以用两支相同的铅笔或两个相同的跳棋子来做实验把一张白纸的半边涂黑或贴上一张复写纸铺在桌面上,把一个跳棋子放在玻璃板前面纸的白的半边上,玻璃板后面就出现清晰的棋子的像另外拿一个棋子放在玻璃板后面,移动这个棋子,直到看上去它跟像完全重合这样做实验更为简便易行,学生都可以做好教学中,应该让学生把蜡烛至少换一个位置,再重做一遍实验这样要求的目的,是为培养科学态度,以免由于为了节省时间而忽略缺少必要实验的环节,长此以往,会使学生养成不良的研究习惯,或形成以偏盖全的片面的思维方法通过探究活动,可以总结出平面镜成像特点
1、像和物体到镜面的距离相等
2、像与物体大小相同然后,可让学生回答本课开始时提出的问题由于学生不理解什么叫对称,所以教材中没有提“物和像是对称”的,也没有提像和物是左右相反的,因为这种说法不准确,可以有不同的理解这里只要强调“像物等大”和“像物等距”两个特点就可以了学习过平面镜成像的特点后,可以让学生运用所学知识讨论一些平面镜成像的应用,例如水面倒影岸边的树木和房屋在水中的像看上去是倒的,生活中平面镜的使用等问题,也可以在课堂上做一些简单线条物体在平面镜中成像,例如一把伞在平面镜中的像,为本节后面“动手动脑学物理”中的
1、2题做一些基础性的准备倒影是生活中常见的现象应该使学生了解倒影形成的原因
1、平静的水面就好像是一个平面镜,它可以成像;
2、对实物的每一点来说,它在水中所成的像点都与物点“等距”;树木和房屋上的各点与水面距离不同,越接近水面的点,所成的像也距水面越近
3、各点组成的像从水面上看就是倒的了讨论倒影问题可以加深对“像物等距”的理解平面镜成像是靠光的反射形成的,教师可引导学生通过作图来认识这样既巩固了反射规律知识,又培养了学生研究新问题的能力具体做法可按下面步骤进行●在黑板上画出平面镜先给出一个发光点S问学生S发出多少条光线,方向如何再提问哪些光线射到平面镜上●让学生选出一条入射光线,并画出它的反射光线,再选出另一条入射光线,并画出它的反射光线●提出启发问题这两条反射光线沿传播方向能否相交如果人的眼睛正处于这两条光线传播的路径上,会觉得这两条光线是从哪里发出的并在图上画出一只眼睛接着说明人眼是根据光线直进的经验来判断物体的位置的,这时人眼逆着反射光线的方向向镜内看去,觉得光线好像是从镜后的S′处射来的边讲边把两条反射光线用虚线向镜后延长,得交点S′教学中要指导学生看课本上的图2.3-2,指出镜后面实际并不存在发光点S′,S′也不是反射光线的交点,而是反射光线反向延长线的交点,所以是虚像可以向学生说明,从S点射向平面镜的所有光线的反射光线反向延长后都会交于S′点所以我们选两条入射光线就可以确定S′的位置,这两条入射光线可以是任意选定的●再给出另一个发光点P,让学生独立地画出它的虚像点P′然后说明发光体或反射光的物体是由许多点组成的,每个点在镜中都有一个对应的像点在以上讲述的基础上,总结出平面镜成像的道理利用画出的物点和像点的位置,进一步让学生认识平面镜成像的特点课本上画出平面镜成像的光路图,是为了使学生了解成像原理,学生能听明白就行了,不必要求所有学生都会画光路图对于要求画出物体在平面镜中像的位置的习题,可让学生利用平面镜成像特点的知识来画图平面镜的应用比较广泛,教师可以引导学生对身边的事物观察,举出一些实例也可以作为课后的活动,让学生作有关的调查STS凸面镜和凹面镜作为平面镜知识的拓展,在“STS”的栏目中简要地介绍了凸面镜和凹面镜对光的作用和它们的应用手电筒的灯碗、汽车头灯的灯碗、汽车观后镜、马路拐弯处的凸面镜等等,在生活中常见,有必要让学生了解这些镜面为什么要做成凸的或凹的了解凸面镜和凹面镜对光的作用,是了解它们的应用的基础,教师有必要作演示实验,给学生展示基本的实验现象凹面镜使平行光会聚,凸面镜使平行光发散
1、凹面镜使平行入射光线会聚于一点的实验,可以用以下方法1用J2501型光具盘演示光具盘的光阑有几个插片,通常最好抽掉中间三个插片配套的平行光源功率为40W,即使不在暗室中也可很好地观察会聚情况有条件的话,可将光阑透光缝隙改得稍窄一些用铁皮做一个光阑2用激光光学演示器来演示,由于激光光学演示器许多学校有配备,它的光束亮度高,光束细在应用这个仪器演示时,主要应调节好几个反光平面镜的角度,以保证入射光是平行的3如果太阳光较强,可以让学生动手做实验实验时,要使凹面镜正对太阳光,纸片要小,以免挡住入射光线前后移动纸片,观察到光斑最小最亮时为止教学时,应指出平行光线经凹面镜会聚在一起的点是凹面镜的焦点
2、点光源发出的光经凹面镜反射后成为平行光线的实验,可用手电筒或汽车头灯来观察另外,由于学生已经具有反射时光路可逆的知识,也可以运用这个知识作为基础,通过启发讨论让学生自己得出结论从焦点射向凹面镜的光线反射后成为平行光然后再用实验来验证
3、可以简明地指出,凹面镜对光线有会聚作用,是由于每一条光线在反射时都遵循反射规律,以使学生对反射定律的普遍性及凹面镜会聚的道理有更深入的理解但不宜要求学生画凹面镜的反射光路,因为学生的几何知识不够
4、凹面镜的应用有两类一类是用凹面镜来会聚光,例如太阳灶,反射望远镜,还有耳鼻喉科医生用凹镜会聚光观察耳道情况等另一类是利用凹面镜得到平行光,手电筒、汽车头灯等的凹面镜都是起这个作用的关于凸面镜对光的作用,应给学生做一些演示●凸面镜对入射平行光的发散实验,可用J2501型光具盘演示●教材中的图2.3-3甲,根据光的反射规律说明凸面镜对光线的发散作用,教师可作出几条光线的反射情况●用金属勺背面观察缩小的像为了比较口径相同的凸镜视野比平面镜的大,可以用下面方法说明在两张白纸上各剪出一个等大的圆孔,分别贴在凸面镜和平面镜上,把凸面镜和平面镜放在学生面前距离相等的位置上,让学生观察、比较从两个镜中看到的范围哪个大,哪个小动手动脑学物理
1、A
2、如图2-9
3、4.6m,节省空间
4、这是一道提高学生探究能力的题目,可作为探究性学习的一个内容,让学生自己去探究第二章光现象(
四、光的折射)目标
1、知识与技能●了解光的折射的现象●了解光从空气射入水中或其他介质中时的偏折规律●了解光在发生折射时,光路的可逆性
2、过程与方法●通过观察,认识折射现象●体验由折射引起的错觉
3、情感、态度与价值观初步领略折射现象的美妙,获得对自然现象的热爱、亲近的情感说明与建议折射现象可以用课本图2.4-1的实验现象引入课题,最好教师现场做,实验现象比图片更真实,从而更加激发学生的思维由于实验现象与学生在本章第一节学习的光沿直线传播的现象有矛盾,能够引发学生思考引入课题也可以向学生展示筷子在水中看起来弯折了的现象演示光的折射用实验来演示光从空气射入水中时的折射现象时,应先介绍实验装置光源、水槽、水和空气界面等然后出示事先画在小黑板上的如图2.4-1所示的板图,说明实验中光线将以相同的入射角射到水面上,让学生猜想进入水中的光线将沿什么方向行进,如果改变方向,是向界面偏折呢,还是向法线偏折引起学生的观察兴趣,明确观察目的和观察对象实验时,应改变入射光线的方向三次,每次都让学生说明入射光线怎样改变了,使学生注意观察水中折射光线的方向根据观察的记录,检查自己的猜想是否正确这个演示也可以改用光从空气射入玻璃的实验演示完毕,让学生根据实验中观察到的折射情况,总结出光从空气斜射入水中时的折射规律图2.4-1表示光从空气射入水、玻璃等透明物质上时,在界面上除了有一部分光线反射回空气中,还有一部分光线进入水或玻璃中,进入这些物质中的光线在界面处将改变原来的传播方向,也就是光的传播方向在界面处要发生弯折筷子在水中看起来弯折了,跟光的折射有关系筷子在水面好像被折断的实验,应选取碗底较深、开口较大的碗,筷子要斜插到碗的底部,让学生从侧面斜视水面,这样观察效果才明显此实验不要用玻璃杯盛水,让学生透过杯壁观察筷子出现的现象,因为解释起来麻烦教学中可以将特例垂直入射时折射光线方向不改变给学生演示一下想想议议关于折射光路的可逆性的讨论,可以请学生先做猜想,并用光路把自己的猜想表达出来然后进行演示,做演示实验时,先让光由空气射入水或玻璃中,记下入射光线、入射点、折射光线的位置,再让光线逆着折射光线方向射入,让学生观察光线是否逆着原入射光线方向射出把观察到的现象用图标出,总结出光在折射时光路的可逆性折射使池水“变浅”这部分内容是用光的折射观点解释现象,是密切联系实际的内容
1、叉鱼问题有趣,可以在湖、河中试一试,也可以在教室用实验模拟由于折射成像问题比较复杂,许多学生缺乏感性认识,应该让他们到实际中体验,使他们相信折射真的产生错觉
2、钢笔“错位”问题,应该实际做一做,让学生观察使用的玻璃砖要比较厚,观察时要把钢笔放在水平桌面上,眼睛的视线不要垂直于玻璃砖的水平面,而要成一定的角度
3、在解释“眼睛受骗”,池底变浅时,要强调人看到池底,是从池底射出的光进到了眼睛对于学有余力的同学可以利用前面讲过的光从水中射入空气时的规律,画出从池底某点A发出的靠近法线的两条光线射入空气中的图2-10眼睛受骗,池水变浅折射情况,使学生看到这些折射光线不能相交,但是它们的反向延长线相交,眼睛逆着折射光线看去,觉得折射光线好像是从交点射来的再跟平面镜成虚像的情况对比,说明眼睛看到的是A点的虚像,虚像A′的位置在A之上眼睛看到的池底各点都如此,所以看起来池底升高,池水变浅了在讲过池水看起来变浅的道理后,可以让学生仿照着解释盛水的碗看起来变浅的问题,讨论筷子在水面处弯折的问题用光的折射解释现象对初中学生比较困难,因此只要求学生能听懂教师的讲解,知道这些现象是由于光的折射造成的不必要求所有学生都能够自己独立地进行解释科学世界海市蜃楼可指导学生阅读海市蜃楼是在海面上或沙漠上出现的虚幻景像,是一种奇特的景观,它是由于空气疏密不均匀使光线发生折射造成的古代的人误认为是蜃大蛤蜊吐气而成,故也叫做蜃景由于它出现的时机非常偶然,难以预测,很难拍摄我国首次于1988年6月17日拍摄到了山东省蓬莱市蓬莱阁对面海面上的海市蜃楼实况,是很难得的对于海市蜃楼这种大自然赋予的奇妙的现象,学生知道就可以了海市蜃楼可以模拟,方法见参考资料“关于海市蜃楼”实验除海市蜃楼以外,自然景观中,还有一些由于大气不均匀产生的折射而引发的现象,如2001年春天,在北京天空出现的三日同辉等,让学生平时注意留心,收集相关的资料动手动脑学物理
1、丙
2、如图2-11所示
3、解答要点1光从空气进入水中,传播方向发生改变2由于折射,看起来水底变浅3看起来,浸在水中的铅笔底部接触杯底部分上浮,在空气与水面交界处折断
4、这是一道实践性练习看到的两枚硬币中有一个是硬币通过水面折射而成的像图2-12,上面的那个,由于折射,水中物体看起来比实际的高一些;另一个是通过杯子侧面水的折射而成的像图中下面较大的那个第二章光现象(
五、看不见的光)目标
1、知识与技能●初步了解太阳光谱和看不见的光●初步认识红外线及其作用●初步认识紫外线及其作用
2、过程与方法●通过观察,了解红外线、紫外线的作用●通过收集、交流关于红外线、紫外线的资料,获得处理信息的方法
3、情感、态度价值观●初步认识科学技术对社会发展和自然环境及人类生活的影响●初步建立可持续发展的意识,有保护人类生存环境的意识说明与建议光谱的概念学生比较生疏可以第一节分解太阳光或白光的色散为基础引入本节课的教学可以指出,图2.5-1光谱上的各种色光,是可见光在可见光两侧,还有不可见光,紫外线红外线都是不可见光红外线红外线已走入家庭,讲述红外线的基本知识,对于学生理解现代科技是十分必要的教学时,可以用研究性学习的方法,让学生到实际中去调查,到图书馆查找资料,通过讨论交流的形式学习在社会学习资源不足时,教师也可以补充一些材料,尽量使学生获得真实、充实的学习信息,建议补充资料如下红外线位于红光外,它的频率范围在1012Hz~5×1014Hz一切物体都在不停地发射红外线物体的温度越高,辐射出的红外线越多物体在辐射红外线的同时,也在吸收红外线红外线的主要特性是热作用强各种物体吸收了红外线后温度升高因此人们利用红外线来加热物品工业上用红外线烘干汽车表面的喷漆,家庭用红外烤箱烤食品,浴室用的浴室暖灯用红外线来取暖,医疗上利用红外线来理疗由于红外线穿透云雾的能力比较强,利用灵敏的红外探测器吸收物体发出的红外线,再用电子仪器对吸收的信号进行处理,可以显示出被测物体的形状和特征,这就是红外遥感利用红外遥感技术可以对地球勘测,寻找水源、监视森林火灾、估测大面积农作物的长势和收成,预报风暴和寒潮等在军事上也有重要的应用红外线在现代社会中应用很多,可根据本地的情况开展多样化的学习活动紫外线同红外线一样,现在紫外线已经广泛应用于社会使学生了解紫外线的知识及其在社会生活中的应用,是十分必要的紫外线的频率范围是7.5×1014Hz~5×1016Hz,在光谱上位于可见光紫光之外,人眼看不见紫外线的主要特性是化学作用强,很容易使照相底片感光紫外线的生理作用强,能杀菌应用紫外线的萤光效应,进行防伪除验钞机上利用这种效应外,利用不同物质在紫外线照射下会发出不同颜色的荧光的特点,可以鉴别古画,并可用紫外线摄影高温物体如太阳、弧光灯和其他炽热物体发出的光中都有紫外线,汞等气体放电,例如日光灯发出的光中也含有紫外线教学中可以采取灵活的学习方式,尽量调动学生学习的主动性和积极性,充分利用社会的学习资源,让学生进行研究性的学习!“!”的内容,提示学生,不要误认为紫外线是紫色的或蓝色的,强调紫外线是看不见的“不可见光”课本图2.5-4表明,地球上的天然紫外线,来自太阳光地球周围的大气层阻挡了大量的紫外线进入地球表面,才使地球上的生物获得生存的条件为了保护人类生存家园,我们应有环保的意识,承担起环保的责任和义务动手动脑学物理本节的练习,全部用调查等方式进行,教师应对学生做必要的调查指导第二章光现象(参考资料)制作针孔照相机在较暗的屋子里,把一支点燃的蜡烛放在一块半透明的塑料薄膜前面,在它们之间放一块钻有小孔的纸板由于光沿直线传播,塑料薄膜上就出现烛焰的倒立的像图2-13这种现象叫做小孔成像利用小孔成像可以制作针孔照相机如图2-14所示,做两个可以套在一起的硬纸筒,在外筒的前端蒙上一块黑纸,黑纸上穿一图2-14制作针孔照相机个小孔直径约1mm在内筒的一端蒙上半透明的塑料薄膜让小孔对着屋子外面明亮的物体,塑料薄膜上就形成室外物体倒立的像前后拉动内筒,像的大小和明亮程度就随着变化图2-15早在公元前4世纪成书的《墨经》中就记载了小孔成像的实验,并且用光的直线传播对小孔成像作出了正确的解释你会解释吗试试看色光的混合首先说明彩色电视机的色彩是利用红、绿、蓝三种色光合成的让三种色光各自所占比例不同,就合成了形形色色的各种色光接着用演示实验来证明,用手摇转台装上红、绿、蓝三色盘进行演示调整好三色盘的比例,旋转时就可看到三色盘呈灰白色如果研究红、绿色光的混合,可调整三个色盘,使其只露出红色和绿色部分,先使红色占绝大部分,以后逐渐增大绿色面积,每改变一次比例,旋转时,便观察到随着红、绿比例不同,会依次出现橙红、橙、黄和绿黄几种颜色绿色和蓝色光的混合开始让绿色占大部分,逐渐增加蓝色,混合色就会由绿变成蓝出现靛、孔雀蓝、蓝等红色和蓝色光的混合,会看到紫红、深紫等颜色这些不必都给学生演示,只演示其中几个,使学生认识色光的三原色即可,其余实验可在课下或课外活动中进行颜料的混合按教材进行教学时,可让学生先看课本彩图颜料的三原色,使学生明确颜料的三原色与色光的三原色不同,它们的混合原理不同颜料的混合原理是两种颜料混合色是它们都能反射的色光,其余的色光都被这两种颜料吸收掉了色光的混合原理是两种色光混合后使眼睛感觉到产生了另一种颜色实深与视深的关系从水面上方向池中望去,看到的水的深度比实际的浅从水面上看水中的鱼,看到的鱼的位置比鱼的实际位置靠近水面水的实际深度叫实深,眼睛看到的深度叫视深,实深与视深的关系可由光的折射定律推导出来如图2-16所示,O是池底的一点,OA、OB是从O射向水面进入眼睛的两条光线OB很接近于法线,图中为了清楚,比例是夸大了的,眼睛看起来觉得光线好像是由I点虚像发出的,所以AI即为水的视深利用光路的可逆性可得水的折射率n=sini/sinr但i=∠AIBr=∠AOB所以n=sin∠AIB/sin∠AOB=(AB/BI)/(AB/BO)=BO/BI,当OB很接近于OA时,BO=AO,BI=AI,得n=AO/AI,或n=实深/视深即实深与视深之比等于水的折射率水的折射率为1.33,所以水的视深约为实深的四分之三隔着厚玻璃板看下方的字时,由于折射,字看起来升高了玻璃的折射率是1.5左右,视深约为实深的三分之二用梯形玻璃砖实验光在玻璃中的折射实验也可以在暗室中用梯形玻璃砖来做方法是在桌面上铺一张白纸,把梯形玻璃砖平放在白纸上,让光线射在玻璃砖的短边上,在白纸上可以看到入射光线,以及玻璃中的折射光线和从玻璃中射入空气的折射光线的偏折情况可以在手电筒前面糊一张黑纸,在黑纸上开一条2mm左右的细缝,利用从细缝中射出的光作为光源利用这种方法可以把演示实验改为学生随堂实验,使学生对折射现象观察得更清楚,印象更深关于海市蜃楼的演示实验器材矩形玻璃容器1个,清水,酸性定影液或食盐水,食糖水,酒精,苏打水等方法在玻璃容器中,先放入密度较大的酸性定影液,然后用玻璃棒导流法轻轻加入清水因这两种液体的折射率不同,起初两种液面分明,过一段时间由于扩散,界面就变得模糊,图2-17形成了有一定厚度的扩散层,其折射率自上而下随深度而形成梯度分布在图2-17所示的位置放一被照亮的物体,从容器另一侧通过扩散层观看景物时,可看到凌驾于实物之上的虚幻“蜃景”注意实验的参考数据为下层酸性定影液深度约为15cm,上层清水深度约为4cm,发光物体离玻璃容器右侧约为12cm,物高约为5cm从容器左侧不同距离和不同角度通过扩散层向上倾斜观看,在相当大的范围内都可看到“蜃景”在24小时内蜃景清晰,畸变不大如果搅动一下容器内的液体,破坏了扩散层,蜃景即随之消失学生自制彩色陀螺实验彩色陀螺制作可照图2-18所示,做三个硬纸圆盘,分别涂满红、绿、蓝三种颜色或分别贴三种色纸颜色要尽量浓些并纯正,尽量接近光谱中的颜色照图中的样子,沿半径切开一个槽,把三个圆盘沿着槽口交错地插在一起,套在陀螺上,露出红、绿、蓝三个扇形面积陀螺的质量要大些,可保证陀螺在较长时间内高速转动分别拨动圆盘,可以调节三个扇形面积大小,改变陀螺上露出的三种颜色的比例,反复试验,便可以看到多种颜色当三种颜色按一定比例混合时,就可以得到灰白色鱼在水中的位置模拟实验像图2-19那样,在水槽中放一个小鱼模型,在水槽边固定一个观察管,转动观察管,使水中的鱼恰好位于观察管瞄准的方向上然后保持观察管的方向固定不动,从观察管中插入一根直铁丝,就会发现这根铁丝扎不到鱼,而从鱼的上方通过如果水槽中不放水,重做实验,铁丝就能准确地扎到鱼 原来,我们瞄准水中的鱼时,实际是瞄准了鱼的虚像图2-20由于光线经过水面时发生了折射,而眼睛看到的像位于折射光线的反向延长线的交点处,它确实位于实际鱼的上方.第三章透镜及其应用(全章概述和课时要求)全章概述这一章主要讲述透镜的初步知识和透镜在日常生活中的应用透镜是照相机、投影仪等光学仪器的最重要的组成部分,研究透镜对光的作用和凸透镜成像是本章的中心内容照相机、投影仪、放大镜和眼镜是日常生活中常用的光学仪器,学生应该对它们有所了解本章先交代透镜的基础知识及其对光的作用然后介绍生活中的透镜,以使学生对生活中常用的透镜及其成像的情况获得感性认识,使学生在头脑中获得丰富、具体、生动的感性认识以此为基础,让学生带着问题,用探究的方法深入研究凸透镜成像的规律凸透镜成像规律的探究,要让学生在全过程中自主研究,体验科学研究的过程,在探究过程中培养科学研究方法,形成清晰的凸透镜成像的规律然后介绍眼睛、显微镜和望远镜眼睛是人体的重要器官,本章把眼睛作为一种像照相机那样的光学仪器,深入浅出地向学生介绍眼睛的成像原理、眼疾的原因及其矫正的方法,使学生获得一些实际知识照相机、显微镜和望远镜的成像原理比较抽象,学生在理解上有些困难本章采用模拟的方法,用简单的手段,使学生获得学习的基础让学生知道,凸透镜成实像的特征、照相机的成像原理以及利用两个透镜的组合可以看清微小或远处的物体的道理为了使学生获得一些知识的理解基础、提高学习兴趣,本章基本知识尽量从日常生活现象引入,许多光学仪器成像的情况是用模拟的方法获得的课文中的“动手动脑学物理”许多是实践性的活动,教学中要尽量引导学生动手动脑去做,以期培养学生的动手习惯和用实验研究问题的能力课时建议本章共分五节,建议用7课时第一节透镜1课时第二节生活中的透镜1课时第三节凸透镜成像的规律2课时第四节眼睛和眼镜1课时第五节显微镜和望远镜1课时复习和总结1课时第三章透镜及其应用(
一、透镜)目标
1、知识和技能●了解什么是凸透镜,什么是凹透镜,了解透镜的焦点、焦距●了解凸透镜和凹透镜对光的作用
2、过程和方法●观察凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用
3、情感态度、价值观●能保持对自然界的好奇,初步领略自然现象的美好与和谐说明与建议凸透镜和凹透镜可先让学生观察眼镜镜片,看看近视镜片和远视镜片有什么不同,然后学生出示各种各样的透镜有的中间厚边缘薄,有的中间薄边缘厚,并画出板图如课本图3.1-1所示再说明透镜是组成照相机、投影仪、显微镜、电影放映机等光学仪器的重要元件照课本图3.1-2简单介绍一下透镜的主光轴和光心对于光心,让学生知道大致在透镜的中心处即可想想做做做课本图3.1-3的实验来研究凸透镜对光的会聚作用可让学生分组做,最好人人动手,以增加学生的体验,要使学生对凸透镜这种重要的光学元件对光的作用了解得充分一些这个实验,可以在阳光下做,也可用平行光源(可用手电筒代替,但距凸透镜要远些)做,还可利用平行光源、光具盘和凸透镜演示实验时,可以量出焦距用凹透镜代替凸透镜实验,可以说明凹透镜不能使平行光线会聚,对光有发散作用焦点和焦距根据实验现象画出板图如课本图3.1-4所示介绍凸透镜的焦点、焦距,并在板图上用符号标出对于学习基础好的学生,还可以进一步说明
①凸透镜的会聚作用是由于光线通过它的两侧表面发生两次折射造成的;
②焦距的长短反映了凸透镜会聚作用的强弱,焦距短的会聚作用强(光线通过后偏折得厉害);
③凸透镜表面的凸起程度决定了它的焦距的长短表面越凸,焦距越短每个凸透镜的焦距是一定的动手动脑学物理
1、拿两块透镜让学生测出焦距这个问题已经在“想想做做”的栏目中做过了,这里让再做一遍,是让学生加深印象,同时让他们知道,不同的透镜焦距是不同的
2、焦距短的透镜偏折得更多些
3、把小灯泡放在凸透镜的焦点上,小灯泡发出的光通过凸透镜后就可以变成平行光这里利用了前面学过的光路可逆性第三章透镜及其应用(
二、生活中的透镜)目标
1、知识和技能●了解透镜在日常生活中的应用
2、过程和方法●经历制作模型照相机的过程,了解照相机的成像原理●能简单描述凸透镜成实像和虚像的主要特征
3、情感、态度、价值观●通过模拟相机的制作和使用,获得成功的愉悦●具有对科学的求知欲,乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理●初步建立将科学技术应用于实际的意识说明与建议照相机这一节介绍生活中常用的透镜,使学生在头脑中形成透镜及其成像的丰富、具体的感性认识,为探究凸透镜成像规律作准备可先出示真实的照相机,让学生仔细观察照相机的镜头,使他们对照相机镜头有直观的印象,指出它的作用就相当于一个凸透镜,来自物体的光线经过照相机镜头后,在胶卷上形成一个缩小的像想想做做自制模拟照相机,使学生对利用凸透镜成缩小的实像有较直观、深刻的印象同时培养学生的动手能力模拟照相机的制作可照图3.2-2所示本制作所用材料比较简单,可由学生自己去找,也可由教师准备最好每人一套找两个直径大小相近,长约15cm的圆纸筒(也可用硬纸板折叠成方形纸筒),使一个纸筒刚好能够套入另一个在直径较大的纸筒前面,固定一个凸透镜在直径较小的纸筒前面,固定一个屏幕屏幕可以用半透明塑料薄膜(或蜡纸、毛玻璃制作把较小的圆筒有屏幕的一端朝里,套入较大的圆筒内这样模拟照相机就做成了把模拟照相机对准某个人或物体,拉动纸筒改变透镜和屏幕之间的距离,就能使物体在屏幕上形成一个清晰倒立的像通过获得清晰像,让学生感受照相的过程通过观察,可以知道,照相机所成的像是倒立缩小的实像投影仪投影仪是教学中经常使用的仪器,照图3.2-4介绍投影仪的构造让学生仔细观察投影仪的投影镜头,演示利用凸透镜可以使物体成放大的像把投影仪上的反光镜取下,使光线直接照射到天花板上,调节镜头,在天花板上就能得到投影片上图案的像,让学生仔细观察像的大小、正倒也可用幻灯机演示通过演示,让学生对利用凸透镜成放大倒立实像有较深的印象放大镜放大镜是凸透镜,也是常用的光学仪器之一让学生用放大镜看书上的字,并改变放大镜到字的距离,观察字的放大情况说明利用凸透镜能使物体成放大的像,但这个像与投影仪所成的像是不同的,它是正立的虚像,并且像与物体在同一侧使学生对利用凸透镜成放大的虚像有一初步的印象动手动脑学物理
1、手持凸透镜在窗户和与室内的白墙之间移动,移到某个位置时,窗框外的景物能在墙上形成一个清晰、倒立的像
2、凸透镜在灯泡和白墙之间移动时,有两个位置可以在墙上得到所画图案的清晰的像离灯泡较近的位置,像是放大的;离灯泡较远的位置,像是缩小的所成的像都是倒立的
3、找一块透明的硬塑料板或平板玻璃,在上面滴一滴水即可用来观察用它看书上的字,字就被放大了小水滴就是一个凸透镜第三章透镜及其应用(
三、凸透镜成像规律)目标
1、知识和技能●理解凸透镜的成像规律
2、过程和方法●能在探究活动中,初步获得提出问题的能力●通过探究活动,体验科学探究的全过程和方法●学习从物理现象中归纳科学规律的方法
3、情感、态度、价值观●具有对科学的求知欲,乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理,勇于探究日常用品中的物理学原理●乐于参与观察、试验、制作等科学实践说明与建议这一节是本章的重点通过学习,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、主动性这一节的内容较多,可分两节课讲探究凸透镜成像的规律这是一个较完整的探究,有条件的学校务必要让学生亲自动手通过上一节的学习,学生们知道了照相机、投影仪里面都有凸透镜,放大镜本身就是一个凸透镜他们都利用凸透镜使物体成像照相机所成的像比物体小,而投影仪所成的像比物体大;照相机、投影仪所成的像是倒立的,而放大镜所成的像是正立的引导学生提出问题凸透镜所成像的大小、正倒跟物体的位置有什么关系然后让学生提出猜想照相时物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离大,而投影仪中物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离小,看来像是放大的还是缩小的,跟物体和像的相对位置有关;无论照相机还是投影仪,物体和所成的像都在凸透镜的两侧,而在放大镜中,物体和像在透镜的同一侧,看来像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关制订实验计划,指导学生做实验,验证上面的猜想是否正确实验前先向学生介绍实验装置和做法,使学生明白实验研究什么和怎样去研究在学生知道了实验的目的和做法以后,让学生按照课本中列出的实验步骤独立地去实验、观察课本上没有用光具座来做实验,是考虑到许多学校没有或只有数量很少的光具座如果有用光具座做实验,会方便些照课本上介绍的方法,先把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置,调整光屏与透镜的距离,使烛焰在光屏上成一清晰的像,观察像的大小、正倒,分别测量物体、像到凸透镜的距离,把数据记录课本上的表格中把蜡烛向凸透镜移近几个厘米,放好后重复以上操作,当蜡烛移到透镜的焦点时,在光屏上得不到蜡烛的像继续把蜡烛向凸透镜靠近,这时在光屏上已经看不到蜡烛的像,用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像在学生实验的基础上,让学生自己总结凸透镜的成像规律,并让他们书面或口头表述自己的观点使学生知道当物体与凸透镜的距离大于透镜的焦距时,物体成倒立的像,当物体从较远处向透镜靠近时,像逐渐变大,像到透镜的距离也逐渐变大;当物体与透镜的距离小于焦距时,物体成放大的像,这个像不是实际折射光线的会聚点,而是它们的反向延长线的交点,用光屏接收不到,是虚像可与平面镜所成的虚像对比(不能用光屏接收到,只能用眼睛看到)虚像和实像当物体与透镜的距离大于焦距时,物体成倒立的像,向学生说明这个像是蜡烛射向凸透镜的光经过凸透镜会聚而成的,是实际光线的会聚点,能用光屏承接,是实像当物体与透镜的距离小于焦距时,物体成正立的虚像可以回顾平面镜成虚像的情况,使学生明白实像与虚像的区别想想议议学生们知道了什么是实像,什么是虚像之后,让他们根据上面探究的结果,讨论并总结什么情况下凸透镜成实像,什么情况下成虚像,凸透镜所成虚像与平面镜所成虚像有什么相同之处再结合凸透镜成像的规律,进一步认识照相机、投影仪、放大镜的原理
1、照相机原理和构造照相机是人们经常接触的东西,了解照相机的基本结构和原理是有文化的公民应该具有的科学常识可以用照相机实物或模型与挂图对照讲解镜头相当于凸透镜,胶卷相当于光屏,机壳相当于暗室,被拍照的物体到镜头的距离要远远大于焦距才能在胶卷上得到倒立、缩小的实像为了使学生对照相机的构造和使用了解得更实际些,可向学生介绍照相机的主要组成部分的作用和使用方法,主要是调焦环、光圈和快门如果有照相机实物,做照相示范就更好还可以让学生谈自己照相的体会,如何才能把相片照好,提高兴趣,活跃思维同时可以问一些这样的问题,例如为了使照片上人像大一些,照相时人应该靠近还是离开照相机一些
2、投影仪的原理和构造考虑到很多学校都利用投影仪作为教学中使用的仪器,课本中介绍了投影仪的工作原理如果学校有幻灯机,也可以用幻灯机演示教学中可用课本中图3.2-4并配合实物和挂图介绍投影仪投影仪的构造主要有镜头、投影片、聚光镜、光源和反光镜等部分光源是用来照亮投影片的;聚光镜为一组凸透镜,其作用是聚光,增加投影片的亮度;反光镜是平面镜,其作用是把射向投影片的光反射到屏幕上根据凸透镜成像规律讲述投影仪的原理和基本构造,应指明投影片相当于上面实验中的蜡烛(物体),天花板相当于光屏,镜头起凸透镜的作用投影片到镜头的距离稍大于焦距,所以在幕上能成放大的实像在介绍投影片时,需指出投影片应放在凸透镜的焦点以外,并且距焦点较近,在天花板上才能得到正立、放大的实像
3、放大镜原理凸透镜作放大镜,就是利用了凸透镜能成放大的虚像这一原理动手动脑学物理
1、玻璃瓶相当于一个柱面透镜当铅笔由靠近水瓶的位置向远处慢慢移动时,透过水瓶会看到铅笔尖逐渐变长,到某一位置时,铅笔尖突然改变方向用凸透镜做实验,当铅笔由靠近凸透镜的位置向远处慢慢移动时,透过凸透镜会看到铅笔逐渐变大,而形状保持不变,到某一位置时,铅笔尖也会突然改变方向(所用的凸透镜焦距要比较短)
2、“傻瓜相机”也有光圈和快门,只不过它们都安装在机身里面,傻瓜相机内部增加了一些电子、机械设备,可以根据光线的明暗程度自动调整光圈、快门,不需要人工调节,傻瓜相机也能自动聚焦,不需要手动调焦第三章透镜及其应用(
四、眼睛和眼镜)目标
1、知识和技能●了解眼睛的构造,知道眼睛是怎样看见物体的●了解眼镜是怎样矫正视力的
2、情感、态度与价值观●使学生具有眼保健意识●有将科学技术应用于日常生活的意识说明与建议眼睛是人体最重要的器官之一,它是一个相当复杂的天然光学仪器,从结构上看,眼球非常类似于照相机(或者说类似于摄像机)眼睛眼睛的教学应紧紧围绕眼睛的作用相当于凸透镜,照课本图3.4-1或利用教学挂图讲解眼睛的构造、成像原理,并可以把它与照相机做比较学习过眼睛的构造,学生可以了解眼睛是怎样观察物体的从物体发出的光线经过晶状体等一个综合的凸透镜在视网膜上形成倒立、缩小的实像,分布在视网膜上的视神经细胞受到光的刺激,把这个信号传输给大脑,人就可以看到这个物体了接着可以问学生用凸透镜使距离不同的物体成像,像与透镜之间的距离会不同而用眼睛看远近不同的物体时,像都成在视网膜上,即像与透镜之间的距离不变,这不是与透镜成像规律有矛盾吗这样就引出了眼睛的调节作用讲过眼睛的调节作用后,进一步向学生提出由于生理上的原因,有些人单靠自身眼睛的调节已不能使像成在视网膜上,这种情况应如何处理这样就引出了视力缺陷极其矫正的问题近视眼及其矫正如果眼睛长期不注意用眼卫生,会造成晶状体变凸,或睫状体疲劳过度,使调节能力降低,这样就容易形成近视眼同时向学生介绍一些眼保健知识近视眼及其矫正照课本图3.4-3进行讲解远视眼及其矫正远视眼及其矫正照课本图3.4-4进行讲解可以再一次让学生仔细观察近视镜片和远视镜片,看看有什么不同;度数深的眼镜与度数浅的眼镜镜片有什么不同讲过眼睛的成像原理后,有的学生可能会问物体通过眼睛后成在视网膜上的是一个倒立的实像,但是人的感觉却是正立的实像,这是为什么这个问题不能用光学成像原理去解释人的眼睛与生俱来就已习惯于这种视觉感受看物体时,视网膜上成的是倒立的实像,人们的感觉就是正立的实像动手动脑学物理
1、甲图平行光线通过凸透镜后,汇聚于焦点,是正确的过焦点的光通过凸透镜后应成为平行光,而乙图的光线向外发散,是错误的光线通过凹透镜后应发散,而丙图的光线通过凹透镜后向主光轴靠近成为平行光丁图的光线通过凹透镜后发散,是错误的
2、近视镜片中间薄、边缘厚,是凹透镜;远视镜片中间厚、边缘薄,是凸透镜度数深的眼镜镜面弯曲得较多,度数浅的眼镜镜片相对较平
3、让学生们各自测出自己眼睛的近点并且相互比较正常眼、近视眼、远视眼的近点是不同的近视眼的明视距离相对正常眼要短,而远视眼的明视距离相对正常眼要长科学世界这一段让学生自己阅读教师可以在课堂上简单介绍一下,眼镜度数越深,说明眼镜镜片焦距越短第三章透镜及其应用(
五、显微镜和望远镜)目标
1、知识与技能●了解显微镜、望远镜的基本结构
2、过程与方法●尝试应用已知的科学规律解释具体问题,获得初步的分析概括能力
3、情感、态度、价值观●初步认识科学技术对于社会发展和人类生活的影响说明与建议这一节是前面所学知识的扩展显微镜讲显微镜之前,可以先复习一下放大镜用放大镜可以看清书本上的小字等较小的物体,要想看细胞等非常小的物体,用一个放大镜就无能为力了,这就引入了显微镜从凸透镜成像规律知道,凸透镜能使物体成放大的实像,凸透镜又能成放大的虚像,引导学生去思考先用一个凸透镜使物体成一放大的实像,然后再用另一个凸透镜把这个实像再一次放大,就能看清很微小的物体了,这就是显微镜的原理教学时可以在投影片画一小物体,先让学生仔细观察投影片画面上的这个物体,再把投影片放到投影仪上,让学生观察屏幕画面上的这个物体,然后让学生拿着放大镜再去观察这个物体说明这就是显微镜的原理,显微镜是利用两个透镜放大作用的组合制成的这里可以让学生讲一讲感受照课本图3.5-1介绍显微镜的结构特别要强调两个透镜的组合作用,引导学生发散思维,培养学生综合运用所学知识的能力望远镜学过显微镜之后,学生知道了利用两个透镜的组合,可以制成显微镜,显微镜的物镜距离要观察的物体较近,使物体成一放大的实像如果利用物镜使远处的物体成一缩小的实像,这个实像再经过目镜放大,就能看清楚较远处的物体,这就是望远镜照课本图3.5-2介绍望远镜的结构利用望远镜能看清楚远处的物体,主要是由于望远镜物镜的直径比眼睛的瞳孔要大得多,它可以收集更多的光线,使远处的物体看起来更明亮对于视角的问题,只要作简要的介绍,让学生知道有这么一个概念,不要求学生完全理解主要还是要强调两个透镜的组合作用课本中主要介绍了开普勒望远镜,同时可以向学生介绍其他类型的望远镜,扩大学生视野动手动脑学物理
1、这个实验可以让学生做一下,但要注意安全,不要让烧热的玻璃珠碰到身体
2、把放大倍数较大(焦距较短)的凸透镜放在靠近眼镜的位置时,远处物体看上去变大了;两个放大镜位置对调以后,远处物体看上去变小了为了使远处的物体看得更清楚,就要使物体放大,所以要用两个焦距不同的放大镜如果两个放大镜焦距相同,就没有放大作用了第三章透镜及其应用(参考资料)透镜由透明材料(如玻璃、水晶、透明塑料等)磨制成的两个折射面都是球面,或一面是球面另一面是平面的透明体,叫做透镜透镜是一种重要的光学元件折射面也有制成抛物面或圆柱面等非球面的透镜可分为凸透镜和凹透镜两大类凸透镜的中央部分比边缘厚,有会聚光线的作用,又叫会聚透镜;凹透镜的中央部分比边缘薄,有发散光线的作用,又叫发散透镜凸透镜和凹透镜按其构造的不同又分为双凸、平凸、凹凸和双凹、平凹、凸凹各三种类型在中学里讨论的只限于薄透镜,所谓薄透镜是指透镜中央的厚度比两个折射面的曲率半径小很多的透镜它的光心可以认为和透镜的中心重合,是实际透镜的理想化模型有关透镜的一些名词解释主光轴通过透镜两个折射球面的球心的直线,叫透镜的主光轴(或主轴)光心光线通过主光轴上某一特殊点,而不改变方向,这个点叫透镜的光心副光轴除主光轴外通过光心的其他直线叫副光轴近轴光线一般使用透镜时,物体都在主光轴附近,入射光线的入射角很小,这样的光线叫近轴光线焦点平行于主光轴的近轴光线,通过透镜后会聚(或发散其反向延长线会聚)于主光轴上的点,叫主焦点F,如图3-2所示每个透镜都有分居透镜两侧的两个主焦点焦距光心O到主焦点F间的距离叫焦距(用字母f表示)每个透镜有两个焦距双球面透镜两侧的媒质相同时,两个焦距相等副焦点如图所示,跟主光轴夹角不大的副光轴的平行光线,经透镜折射后会聚(或发散其反向延长线会聚)于该副光轴上的一点F′,这个点叫透镜的一个副焦点焦平面通过透镜主焦点并与主光轴垂直的平面,叫做焦平面每个透镜都有两个焦平面虚焦点通常把凹透镜的焦点叫做虚焦点,如图3-3乙所示它不是折射线的交点,而是折射线的反向延长线的交点为了区别焦点的实虚,一般凸透镜的焦距取正值,凹透镜的焦距取负值焦度透镜焦距f能表示它会聚光线凸透镜,或发散光线凹透镜本领的大小焦距越小,这种本领越大,所以用f的倒数表示透镜的这种折光本领,叫做透镜的焦度D,D=1f式中f的单位用米,则D的单位是屈光度凸透镜f取正值,所以D为正值凹透镜f取负值,所以D为负值眼镜的度数等于D屈光度乘以100我国历史上的冰透镜早在我国西汉前206~公元25年《淮南万毕术》中就有关于冰透镜记载“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生”其后,晋朝张华的《博物志》中也有类似记载冰遇阳光会熔化,冰透镜对着太阳确能聚光使艾绒着火,令人怀疑清代科学家郑复光1780——根据《淮南万毕术》的记载,亲自动手做过一些实验,证实冰透镜的确可以取火他在“镜镜冷痴”中写道将一只底部微凹的锡壶,内装沸水,用壶在冰面上旋转,可制成光滑的冰透镜,利用它聚集日光,可使纸点燃关于凹透镜发散光线的演示实验课文中图3.1-5的实验,演示时由于在光屏上的光斑强度较弱,不便观察可在凹透镜的四周加一屏障,遮住从平行光源射向凹透镜周围的光线,如图3-4所示屏障可用硬纸片或薄木板中间开一个圆孔作成演示时,移动光屏便可看到屏上圆形光斑的面积随着屏与镜间的距离增大而增大,表明通过凹透镜的光是发散的显微镜显微镜是用来观察细微物体或物体细微部分的光学仪器显微镜一般是由两组透镜组成,每组的作用相当于一个凸透镜接近物体的一组透镜叫物镜,它的焦距很短,接近眼睛的一组透镜叫目镜,它的焦距比物镜稍大,两镜间的距离可以调节显微镜成像的光路如图3-8所示观察时,将小物体AB放在物镜焦距以外附近处,经物镜生成放大倒立的实像A′B′,该实像恰在目镜焦距以内附近处,再经目镜放大后,在明视距离d处成正立虚像A″B″显微镜的视角放大率为J=l0d/f1·f2式中d=25cm,为明视距离,l0为镜筒长度,f1和f2为物镜和目镜的焦距该角放大率等于物镜的线放大率与目镜的角放大率的乘积显微镜的分辨本领主要决定于所用光的波长和物镜的“数值孔径”孔径角的正弦与透镜和物体之间介质的折射率n的乘积波长越短,数值孔径越大,分辨本领就越大人眼只能看清大小为0.1毫米左右的细节,而光学显微镜能放大1000~1500倍,所以可以使人们看清万分之一毫米左右的细微结构但是要观察更细微的物体,则应采用电子显微镜照相机简介1镜头由于单个凸透镜在成像中存在着严重的光行差问题包括像差、像散、像场弯曲、畸变和色差等,因此实际照相机的镜头是由透镜组构成,它起着校正光行差的作用图3-5就是部分海鸥牌、晨光牌、西湖牌照相机的镜头,它由前后两个会聚透镜组及中间一个发散透镜构成由于镜头在照相机中有着重要作用,所以要特别用心保护,注意防潮、防晒、防高温、防碰撞、防灰尘、防油气、防污垢,同时切忌用手指或其他物体接触镜面每次用毕后,应即用镜头盖盖好,并把距离拨回到无限远处让镜头收进去如镜面有一些浮尘,可用干净柔软的毛笔轻轻拂去灰尘,如擦拭镜头,应用干净的擦镜头纸或用干净的专用麂皮轻轻地从镜头中心起转圈向边缘拭擦,揩拭的次数越少越好,以免镜头受伤2光圈光圈的作用是调节镜头的通光量现代的光圈,都是由许多叶瓣组成为可变孔径的只要转动调节圈,即可使叶瓣均匀地开合,现出不同的光圈孔径图3-6这种光圈装在镜头的两个透镜组的中间镜头的实际通光量不但跟光圈口径有关系,而且跟镜头的焦距有关系,因此,镜头的通光量不能用光圈口径表示,而要用光圈的相对口径相对孔径表示光圈的相对口径等于光圈的口径与镜头的焦距比a/f一般照相机上光圈的相对口径选取的数值分别为1/
2、1/2.
8、1/
4、1/5.
6、1/
8、1/
11、1/
16、1/22等等相对口径在相机镜头上通常用2.
8、
4、5
6、
8、
11、
16、22等数字表示出来,这些数字只表示出相对口径的分母,因分子总是1,故略去不写了因为分母的数值越大,就表示相对口径越小,所以照相机镜头的光圈环上的数值越大,通光量越小前面一个数字的通光量是后面一个数字的2倍3快门小型照相机的快门,一般可分为叶片式和卷帘式两种叶片式快门是用3片或5片极薄的金属片制成,装在镜头前后两组透镜中间,叫做中心快门快门的速度有1~1200s的,也有1~1500s的卷帘式快门装在机身后部,接近于底片平面,叫做焦平面快门卷帘用坚实的胶质绸或金属帘片制成在调节曝光速度时,它的进光口能改变宽窄图3-7卷帘快门的速度比叶片式更高,可达14000s望远镜望远镜是观察远方大物体所用的一种光学仪器望远镜因构造的不同,有如下几种用透镜构成的望远镜由两组透镜组成,一为物镜,一为目镜物镜的焦距较长,目镜的焦距较短,且物镜的第二焦点与目镜的第一焦点重合开普勒望远镜的目镜和物镜都是凸透镜,伽利略望远镜的物镜是凸透镜,目镜是凹透镜另外,还有反射式望远镜,它的物镜是用口径很大的凹镜做的,目镜是凸透镜光线由物镜到目镜是由其中间的平面镜反射来的望远镜的成像原理由图3
9、
10、11示出望远镜的视角放大率均为J=-f1/f2,其中f
1、f2分别为物镜和目镜的焦距图3-9开普勒望远镜图3-10伽利略望远镜图3-11牛顿式反射望远镜一些难以用光学望远镜观察的天体,可以用射电望远镜,它可以接收到来自宇宙的无线电波远东最大的天文望远镜1989年11月13日,我国科学家自行设计研制安装的我国最大的天文望远镜,在河北省北部兴隆县正式建成投入使用这台天文望远镜也是远东地区最大的望远镜望远镜的主镜直径为2.16米,筒重26吨,镜身重92吨,两根可转动的轴重44吨整个镜总体包括光学、机械驱动、自控、探测等装置它可以自动跟踪星体,测定银河系天体恒星的活动、星体周围物质的相互作用望远镜上装有先进的CCD照相机,它比普通照相机底片要灵敏30倍,还装有先进的光导纤维摄谱仪,可以同时拍照20颗星体的光谱,测定星体的化学成份、温度、压力和速度等这样可使望远镜的使用效率提高10倍探测到的星体可以直接在屏幕上显示,还可以把数据存储在磁盘上,用计算机进行各种计算、分析和处理由于镜面大,聚光能力强,可以观测到很暗的星体,相当于在两万千米以外一根火柴燃烧的亮度的星,也逃不掉它的“眼睛”我国的科学工作者、工程技术人员,在资料缺乏,技术较差的条件下,从1974年开始,历经15年终于制成了世界先进的大型望远镜使我国天文观测技术进入世界前列,这是值得中华儿女自豪的。