STEM活动教案|凹凸的镜子

1

教学目标

1、 知道凹面镜、凸透镜会聚光，凸面镜、凹透镜发散光。

2

探究问题

凹面镜、凸面镜、凹透镜、凸透镜对光的行走路线有什么影响？

3

学习成果评价

【概念】：

层次1：不认识凹面镜、凸面镜、凹透镜、凸透镜。

层次2：认识凹面镜、凸面镜、凹透镜、凸透镜。

层次3：知道凹面镜、凸透镜会聚光，凸面镜、凹透镜发散光。

4

教学背景

凹面镜对光有会聚作用。这通过反射角等于入射角的规律很容易解释，只需要找到入射点的法线方向就可以判断反射光方向。如下图，假设一束平行于凹面镜光轴的光入射凹面镜。其中，与光轴重合的光入射面与入射光垂直，法线与入射光重合，入射角为零，因而反射角也为零，反射光沿原路返回；而与光轴不重合的入射光，入射点处法线与入射光不重合，反射光因而不沿原路返回，而是向凹面镜的光轴偏，也就是“聚光”。凸面镜对光具有发散作用，也可以用这样的方法理解。同样，一束光照射到透镜上，通过分析各个点的入射光对应的法线，折射光的光路也可以分析出来。当然，下面这些图只分析了曲面镜和透镜对平行于光轴的平行入射光的会聚或发散作用。对于其他的入射光类型，如不平行于光轴的平行入射光、不平行的入射光，这些曲面镜和透镜也是具有会聚或发散作用的，也可以通过找到入射点的法线方向来确定。

对以上知识概念，学生并不需要了解得这么深入。本活动只需要学生通过实验具体形象地观察到曲面镜和透镜对光的会聚或发散作用就可以了。对于推理能力较强的学生，可以引导他们用化整为零的策略，将曲面化为一个一个平面的集合体，来理解曲面镜为什么能会聚或发散光。

生活中用到凹面镜会聚光作用的工具很多，如太阳灶、雷达、手电筒的反光板和多种灯具的灯罩，其中雷达会聚的是不可见的光波。最常见的凸面镜应用于交通设施上，如大型汽车上的后视镜、道路转角处的转弯镜等。光学仪器（放大镜、望远镜、显微镜等）也用到这些透镜和面镜。当然，即使学生知道了这些镜子具有会聚或发散光的作用，他们也未必能理解这些作用为什么会带来各种效果（例如为什么凸透镜能放大物体的像）。在这一点上教师不必强求，只需让学生发现各种镜子的效果，激发他们的科学兴趣即可。

本活动用装水的饮料瓶作凸透镜和凹透镜，瓶身必须选用光滑、无花纹的才行。用反光膜作凹面镜和凸面镜，用有缝隙的卡纸将手电筒的光分割成几条光束，观察透镜和面镜对这些光束行走路线的改变。

5

教学准备

材料：凹面镜、凸面镜、凹透镜、凸透镜、反光膜、饮料瓶、手电筒、卡纸

准备：教师课前将卡纸剪出4-5个齿状缝，缝长2-3厘米，缝宽2毫米，间距5-6毫米。饮料瓶中装入适当水，打开瓶盖，将饮料瓶中间捏扁，再旋紧瓶盖，就可以成为凹透镜。

6

教学过程

【集中话题】

1、 回顾前面的活动。

• 光照在平面镜上，会发生什么？照在玻璃上呢？

2、 出示凹面镜，让学生熟悉“凹面镜”这个名词。

• 有些镜子、玻璃的表面不是平的，而是弯曲的。你知道这种中间凹陷的镜子叫什么名字吗？

3、 出示凸面镜，让学生熟悉“凸面镜”这个名词。

• 与凹面镜相反，这种中间突出的镜子又叫什么呢？

4、 请学生填写前测问卷（面镜）。

• 你觉得凹面镜对光的行走路线有什么影响？

• 你觉得凸面镜对光的行走路线有什么影响？

【探索与调查】

1、就前测问卷（面镜）展开讨论。

• 你为什么觉得反射光的路线是这样的？

• 其他同学同意吗？你怎样说服他？

• 你能不能用实验证明自己的想法？

2、出示反光膜、手电筒、剪好齿缝的卡纸；指导学生将卡纸放在电筒前面，使电筒的光在桌面上形成几道光束，再将反光膜弯成凹形或凸形，放在光束路径上，观察桌面上显示出的反射光。

• 弯曲的反光膜相当于什么镜？

• 有缝的卡纸可以起到什么作用？

• 在哪里观察光束？

【用反光膜作凸面镜和凹面镜，使桌面上显示出入射光和反射光】

3、 请学生小组实验，并在小组记录单（面镜）上将实验结果记录下来。

4、 讨论观察到的现象。

• 你看到了什么现象？

• 凹面镜和凸面镜对光的作用有什么不同？

5、 出示凸透镜、凹透镜，让学生认识它们，知道它们的名称。

• 这两种镜子分别有什么特点？

• 这种中间比两边厚的透明镜子叫什么？

• 这种中间比两边薄的透明镜子叫什么？

6、 请学生填写前测问卷（透镜）（见学生活动手册）。

• 凹透镜对光的行走路线有什么影响？

• 凸透镜对光的行走路线有什么影响？

7、 就前测问卷展开讨论。

• 你为什么觉得光的行走路线是这样？

• 其他同学同意吗？你怎样说服他？

• 你能不能用实验证明自己的想法？

8、 出示饮料瓶、手电筒、剪好齿缝的卡纸；指导学生将卡纸放在电筒前面，卡纸离桌沿一个饮料瓶直径的距离，使电筒的光在桌面上形成几道光束；再将饮料瓶先后做成凸透镜和凹透镜，放在卡纸和桌沿之间，观察桌面上显示出的光束的变化。

• 装了水的饮料瓶相当于什么镜？

• 怎样用这个饮料瓶做成凹透镜呢？

9、 请学生小组实验，并在小组记录单（透镜）上将实验结果记录下来。

10、讨论观察到的现象。

• 你看到了什么现象？

• 凸透镜和凹透镜对光的作用有什么不同？

【回顾与解释】

1、 回顾本活动。

• 哪些镜子会聚光？哪些镜子发散光？

2、 联系生活。告诉学生这些镜子在生活中的用途与它们对光的会聚和发散规律有关。

• 生活中，你在哪些地方看到过这四种弯曲的镜子？他们分别有什么用途？

7

教学建议

1、 这个活动容量较大，建议拆分为2个课时进行教学，第一课时观察凹面镜和凸面镜的反射，第二课时开始引入透镜。

2、 教师需要确保手电筒的光通过卡纸缝隙后能形成清晰均匀的几条光束。值得注意的是，手电筒灯泡的光（光源1）和灯泡周围凹面镜反光板形成的光（光源2）相当于两个光源，它们可能会相互干扰而不能满足这一要求。建议拆除反光板或用黑纸覆盖反光板。

3、 用作透镜的饮料瓶应选择表面无纹理和装饰的。

4、 在用饮料瓶作凸透镜时，饮料瓶应竖着放；在用作凹透镜时，应横着放。放置饮料瓶之前，须先用电筒和卡纸在桌面上形成清晰的光柱，卡纸与桌沿之间有一定空间，使饮料瓶能放在这个空间里。

5、 教师在指导学生实验方法时一定要细致，做好示范，明确小组分工：一位同学拿反光膜或饮料瓶、一位同学拿电筒和卡纸。

6、 凸透镜和凹透镜对光的行走路线的改变不仅在于折射，还有反射。教师可以引导学生想到反射。但这不是本活动的重点。

7、 光通过凸透镜和凹透镜，在进入透镜和射出透镜时分别发生一次折射，但并不要求学生画出两次折射，只要学生画出两次折射的综合效果。

8、 使手电筒的光形成一道道光束的卡纸不必须是黑色的。

9、 一定要对学生进行安全教育，不要用凸透镜对着太阳恶作剧，也不要隔着凸透镜看太阳，以免着火或造成人身伤害。

（来源：“汉博·科学教育”微信公众号 ）

公众号：中国科技教育

微信号：cnstedu

欢迎订阅和分享