【矩道物理】虚拟现实技术与教育教学的融合-初中物理《透镜》教学设计

引言

透镜是光的折射规律在实际生活中的一个实际应用，是照相机、投影仪、显微镜、望远镜等光学仪器最重要的组成部分。本节主要内容涵盖透镜的基础知识及其对光的作用两部分，为后面将要学习的《探究凸透镜成像的规律》打好基础。

课程简介

本节主要是向学生介绍透镜的基本知识，引导学生探究透镜对光的作用。其中透镜对光的作用是本章的重点。在教学过程中，先让学生观察生活中的透镜，认识透镜，然后探究透镜对光的作用，最后根据实验现象得出实验结论，让学生在学习的同时体会到探索的艰辛和成功的快乐。

课程目标

知识与技能：

1. 了解什么是凸透镜，什么是凹透镜，能识别凸透镜和凹透镜。

2. 了解透镜的主光轴、光心、焦点、焦距。

3. 了解凸透镜和凹透镜对光的作用。

过程与方法：

1. 通过观察实物，得出两种透镜的形状特点。

2. 通过实验探究，得出凸透镜对光线的会聚作用，凹透镜对光线的发散作用。

3. 学习用太阳光测凸透镜焦距的方法。

重点与难点：

重点：理解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用；测量凸透镜的焦距的方法。

难点：理解会聚、发散，完成光线经透镜折射后的光路图。

课程设计

一、复习巩固，通过复习光的折射知识，引出光的折射规律的一种实际应用 — — 透镜。

提问1：我们刚刚学过光的折射，还记得光的折射有什么规律？

提问2：哪位同学能画出一条光线通过三棱镜时的光路图？

通过提问复习，帮助学生巩固旧知识，同时引出光的折射规律在实际生活中的一种应用——透镜。

二、新课导入，观察生活中常见的透镜，通过学生自己观察，激发了学习兴趣，加深了对透镜的理解。

今天我们学习光的折射规律的一种实际应用——透镜。在前一章光现象的学习中，我们已经知道了面镜，像平面镜、凸面镜及凹面镜。那么生活中还知道哪些镜子？

同学们拿出收集到的放大镜、老花镜、近视镜等。引导学生观察这些透镜与之前学习过的面镜的区别。

得出结论：

1、面镜不能透光，而放大镜、老花镜、近视镜则能透过光；

2、这些能透光的镜子表面不是平面，厚薄不一，凡是类似这样的镜子，我们叫做透镜。

三、通过观察、演示、归纳，学习透镜的基本知识。

1、根据学生的观察，指出不同镜片的中间和边缘的厚薄是不一样的，得出透镜的分类及概念。

像老花镜这样，中间厚、边缘薄的透镜，叫做凸透镜。

像近视镜这样，中间薄、边缘厚的透镜，叫做凹透镜。

2、通过展示多种形状透镜的图片，让学生加深对凸透镜、凹透镜的理解。

3、学习透镜的画法，用两个相交的球形（圆形）的公共部分就是一块凸透镜，经过这两个球心的直线叫做主光轴，简称主轴。如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜叫做薄透镜。

4、主轴上有个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，这个点叫做透镜的光心。可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心。并通过矩道VR/3D虚拟仿真实验室进行演示。

四、通过矩道VR/3D虚拟仿真实验室实验探究透镜对光的作用。

1、凸透镜对光的作用。

许多同学可能都做过这样的实验：把一只放大镜正对着太阳光，再把一张纸放在它的一侧，调整放大镜与纸的距离，你会得到一个很小、很亮的光斑。光斑处的温度很高，如果长时间照射，纸会被烤焦，甚至燃烧起来。这个现象提示我们什么？（放大镜能把光会聚起来。）

放大镜是凸透镜，看来凸透镜对光有会聚作用。到底对不对呢？我们用矩道VR/3D虚拟仿真实验室探究一下。

（1）用一束平行光，平行于主轴方向射向凸透镜，观察光通过透镜后的偏折方向。

（2）用几束光以不同角度射向凸透镜，观察光通过透镜后的偏折方向。

得出结论：

射向凸透镜的光，经过凸透镜后会向主轴方向偏折，凸透镜对光有会聚作用。

2、凹透镜对光的作用。

凸透镜对光有会聚作用，那么凹透镜对光又有什么作用呢？我们用同样的方法继续在矩道VR/3D虚拟仿真实验室平台进行探究。

（1）用一束平行光，平行于主轴方向射向凹透镜，观察光通过透镜后的偏折方向。

（2）用几束光以不同角度射向凹透镜，观察光通过透镜后的偏折方向。

得出结论：

射向凹透镜的光，经过凹透镜后会向远离主轴的方向偏折，凹透镜对光有发散作用。

五、焦点和焦距。

1、焦点、焦距

经过刚才的实验发现，凸透镜能使跟主光轴平行的光会聚在主光轴上的一点，这个点就叫做凸透镜的焦点，用F表示。焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距，用f表示。凸透镜两侧各有一个焦点，两侧的两个焦距相等。

凹透镜同样存在两个焦点。凹透镜的焦点位于折射光线的反向延长线与主光轴的交点上。凹透镜两侧的两个焦距相等。

2、实验探究

同时，在矩道虚拟仿真平台上准备两组不同焦距大小的凸透镜和凹透镜，引导学生思考透镜的焦距对光会聚或发散作用是否有影响。

得出结论：凸透镜焦距越小，对光的会聚作用越强；凹透镜焦距越小，对光的发散作用越强。

2、三条特殊光线

①平行于主光轴的光射向凸透镜后，其折射光线过凸透镜的焦点；

经过凸透镜焦点的光线射向凸透镜后，其折射光线平行于主轴方向；

射向凸透镜光心的光线，经过凸透镜后传播方向不变。

②平行于主光轴的光射向凹透镜后，其折射光线反向延长线过凹透镜的焦点；

射向凹透镜另一侧焦点方向的光线，其折射光线平行于主轴方向；

射向凹透镜光心的光线，经过凹透镜后传播方向不变。

六、通过自由讨论、设计实验，探索测量凸透镜焦距的方法。

我们知道了如何得到凸透镜的焦点、焦距，那么凸透镜的焦距如何测量呢？

引导学生自由讨论，大胆尝试，自主设计，让学生经理可选探索的过程，在过程中学习科学探究的方法。培养学生的科学态度、探索精神、实践能力及创新意识。

总结

1.凸透镜：中间厚、边缘薄。

2. 凹透镜：中间薄、边缘厚。

3. 主光轴：经过两个球面球心的直线。

4. 光心：主轴上有个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，这个点叫做透镜的光心。

5. 焦点：凸透镜能使跟主光轴平行的光会聚在主光轴上的一点，这个点就叫做凸透镜的焦点。

6. 焦距：焦点到光心的距离。

知识点讲解