透镜设计十篇

透镜设计篇1

0引言

自1960年Maiman制成第一台红宝石激光器以来，激光器已被广泛地用于各行各业，但激光器对光学敏感元件，甚至人体的可能伤害也随之而来，进而推动了光学限幅技术的发展．光学限幅技术是指设计一种器件（光学限幅器），使其在低强度激光照射下具有较高的透过率，而在高强度激光照射下具有较低的透过率，因此可以保护光学敏感元件和人体免受强激光的伤害．Gordon等人早在1964年就报导了光学限幅现象［1］．1967年，Leite等人实验研究了光学限幅效应［2］．随后由于激光技术发展的限制，光学限幅技术研究进展也较缓慢．进入20世纪80年代后，激光技术快速发展，光学限幅技术也进入了飞速发展的阶段，特别是基于新型材料的光学限幅效应引起了人们的极大关注［3－7］．当前的光学限幅技术主要是利用光学材料的非线性吸收、非线性折射或非线性散射等非线性光学效应来实现的，据此可将光学限幅分为自散焦光学限幅、反饱和吸收光学限幅、非线性散射光学限幅、双光子吸收光学限幅、光折变光学限幅、光学双稳型光学限幅等．磁流体是一种由纳米级的强磁性颗粒通过表面活性剂高度均匀分散于某种载液中所形成的稳定胶体体系，其为一种强非线性折射材料［8］．当高斯激光束通过磁流体时，在磁流体内部会由于激光诱导的热效应导致其折射率横向不均匀分布，透过磁流体的光束变成环状的发散光斑，且在一定的条件下，入射光功率愈大，光斑的发散程度就愈大，此即磁流体的热透镜效应［5，9－10］．有些学者已通过在磁流体样品后放置一光阑，基于磁流体的热透镜效应，实验研究其自散焦光学限幅效应［3］．在具体实际应用中，如何选取恰当的参量（如：磁流体样品、器件尺寸等）来设计满足某种特定场合使用的磁流体光学限幅器（如：限幅阈值大小的选取、限幅阈值的调节范围等），目前尚没有系统的研究报导．本文以磁流体的热透镜效应为基础，从理论上系统地设计阈值可调的光学限幅器，有关结果能为实际器件的设计、制作提供有益的参考和指导．

1基本原理

由于磁性颗粒的光吸收系数相对较大（而普通的非磁性胶体的光吸收较小），导致激光束通过磁流体样品时，样品会吸收激光的相当部分能量，进而对其本身进行加热，导致样品中激光照射的区域及其附近形成一定的温度梯度．同时，样品中不同位置的磁性颗粒浓度将重新分布．这两个因素的共同作用使得样品内横向不同位置处的折射率发生不同的变化，类似于一个透镜，进而导致出射激光束的发散，且发射角可表示为［1，4，11］式中：r、P和w分别为激光束横向半径、入射总功率和样品位置处的激光光斑半径；L、n0、｜dn／dT｜、κ和α分别为磁流体样品的厚度、折射率、热光系数、热传导率和吸收系数．以不同发射角出射的透射光在磁流体样品后方进行干涉，形成远场稳定的光斑，其强度的空间分布可由基尔霍夫衍射理论得到［3，12－15］若在样品后放置一孔径适当的光阑，则可能会有部分光环无法通过光阑，如图2所示．由于环形光场的圆环半径随着光束向前传播而变大，且入射光强越大，半径扩大程度也就越大，因此在光阑孔径一定的情况下可使整个系统在低强度入射光照射下具有较高的透过率（因为大部分光环的半径小于光阑的孔径半径），而在高强度入射光照射下具有较低的透过率（因为大部分光环的半径大于光阑的孔径半径），即可很容易地实现光学限幅的目的．若适当地调节光阑的半径、光阑和样品的距离、样品的非线性折射率与厚度，便可改变系统出射光强的最大值，最终实现限幅阈值的可调性．式中：R和Z分别为远场光斑半径以及样品离光阑的距离；k0是入射光的传播常量；I0为入射光强；J0为零阶第一类Bessel函数；φL与φNL分别为强度非相关与强度相关的相位．根据式（2），利用如下已知参量：Z＝1．8m，w＝6．82×10－4m，I0＝P0／（Pw2／2）＝39546．95973W／m2（P0为入射光功率），可理论模拟出不同入射激光功率下的远场光斑图样，如图1所示．图1表明，远场光斑图样为一系列同心圆环，且在较大入射光功率下的远场光斑具有较多个数的圆环图样．由外到内，各个圆环的面积及亮度依次减小．此结果与Karimzadeh等人以及本文前期的实验结果非常吻合［3－4，6］．

2理论设计

若放置于探测平面前端的光阑孔径半径为l，则透过光阑的光功率为P＝∫2π0dθ∫l0I（R）2πRdR．此式结合式（2）表明，在给定磁流体的情况下（样品的厚度与非线性折射率为固定常量），可通过调节光阑孔径半径l及样品到光阑的距离Z来控制透过光阑的光功率，实现相应光学限幅器限幅阈值的调谐．为了为实际磁流体光学限幅器的设计与制作提供理论参考和指导，模拟计算了不同光阑孔径半径以及不同光阑到样品距离情况下光学限幅器的特性．在计算中，除非特别指出，否则所用的已知参量数值同图1所用的数值．图3为不同光阑孔径半径下磁流体光学限幅特性的理论曲线．图3表明，此光学限幅器的限幅阈值随着光阑孔径半径的增加而变大．当入射光的功率较低时，透过磁流体样品的一系列环形光束的半径都相对较小，其光强主要集中在光束中心附近．当光束传播到光阑位置时，其最环形光束半径小于光阑孔径半径，全部光束均可通过光阑．故在低功率范围内出射光功率会随着入射光功率的增大而线性增大［见图3（a）和（c）］，整个系统的透射率不受光阑影响而维持在一恒定的值［见图3（b）和（d）］．由于的光环半径会随入射光功率的增大而增大，当其增大到与光阑孔径半径一致时，出射光功率达到临界点，具有最大输出光功率（对应于图3中各个曲线的拐点）．进一步继续增加入射光功率，则到达光阑处的环形光束半径将会超过光阑孔径半径，导致一部分光束无法通过光阑，进而系统的出射光功率与透射率开始下降，光阑开始起到降低透射率的作用．显然，当光阑的孔径半径越大，则出射光功率达到临界点所对应的入射光功率就越大，即限幅阈值（图3中各拐点所对应的入射光功率值）就越大．在入射光功率持续增大的过程中，由外向内各环形光束的半径均随入射光功率的增加而增加，且依次地被光阑所阻挡，进而导致系统的透射率逐步下降．由图3还可看出，系统的透射率最后趋于一个很小的数值而不是零，这是由于在任何入射光功率下，出射光束中心的圆形微弱光斑均可通过光阑的孔径（见图1）．为了更清楚地看出系统的限幅阈值与光阑孔径半径的关系，图4给出了不同光阑到样品距离情况下，系统的限幅阈值随光阑孔径半径的变化关系．图4表明，系统的限幅阈值与光阑孔径半径成线性关系，且随光阑到样品距离的增加，限幅阈值增加的速率变小．这些对阈值可调光学限幅器的实际设计非常有益．图5为样品到光阑距离不同时，磁流体光学限幅特性的理论曲线．由图5可看出，随着样品到光阑距离的增加，光学限幅器的限幅阈值逐渐减小．这是由于透过磁流体样品的光束是一系列向外发射的圆环，各个圆环形光束的半径随入射光功率的增加和光束的向前传播而增加．

透镜设计篇2

关键词：凸透镜成像；教学设计；探究

中国分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2013）5（S）-0030-5

1.教学内容分析

本节课的教学内容是上海科学技术出版社出版的《义务教育教科书物理·八年级》的“第四章·多彩的光”的第五节，主要包括凸透镜对光线的会聚作用、实验探究凸透镜成像及凸透镜成像的规律等。

学生在学习了光的反射、光的折射、平面镜成像等基本知识的基础上，进一步通过实验探究的方式学习凸透镜的不同成像情况。进一步总结出凸透镜成像的规律。在探究过程中，体验、感悟凸透镜对光线的会聚作用，提高学生对实验现象、数据的初步分析能力，养成实事求是的科学态度。这不仅是对光现象的深入学习，也是以后了解凸透镜成像规律应用的重要基础，是光学中重要的实验探究课之一。

2.学情分析

学生已具备了光的反射、光的折射、平面镜成像等基本知识，对“放大镜”也并不陌生。因此，通过“放大镜”来找各种不同的像也不会困难，通过实验观察自然能想到“凸透镜成像可能与物体到凸透镜的距离有关”；但要通过实验观察物体和凸透镜距离改变时的成像情况却并不容易，况且还要通过对实验现象及数据的分析归纳出凸透镜成像的规律。对于形象思维能力较强而抽象思维尚弱的八年级学生来说，如何顺利进行实验、获取数据，如何来处理实验中记录的这些现象及数据，尤其是确定在确定凸透镜成像的两个“分界点”上提出了很大的挑战。较为有利的是，学生对该学习内容的兴趣十足，学习动机易被激发。

3.设计思路

教材对于本节课的教学内容是这样安排的：首先是对凸透镜的认识，包括凸透镜对光线的会聚作用，凸透镜的焦点、焦距；然后是对凸透镜成像规律的实验探究。这样安排，知识的系统性虽好，却不完全符合初中学生的认知特点和规律，也不能很好地发挥学生的潜能。因此，笔者对这节课的教学内容进行了大胆的整合，首先从学生熟悉的“放大镜”开始，引导学生从具体事例中提出问题：同一凸透镜为什么能成大小、倒正不同的像？进而通过实验找到这些不同像并分别记录每种情况下物体的位置、像的位置、像的特点，通过对这些信息、数据的处理找出凸透镜成不同像的条件，进一步引导学生在观察现象、分析数据的基础上运用连续的思想完善并总结出凸透镜成像的规律；伴随着探究过程的不断深入，凸透镜、虚像和实像、焦点和焦距等概念的教学在学生认知过程中择机进行。这样的教学设计能更激发起学生自主探究的兴趣，也更符合学生研究这一问题时的认知顺序。

4.教学重点和难点

教学重点：经历探究凸透镜成像的规律的实验过程。

教学难点：正确地找到像的位置；实验现象和数据的分析处理。

5.教学目标

（1）经历探究凸透镜成像规律的实验过程，说出凸透镜成像的规律。

（2）在实验中辨认实像和虚像，说出实像和虚像的区别。

（3）知道凸透镜，说出焦点的位置和焦距。

（4）通过探究凸透镜成像规律提高实验操作能力，学会对实验现象、数据的分析处理方法。

（5）在探究凸透镜成像规律的过程中，渗透“连续”的物理思想。

6.教学方法

任务驱动法、实验探究法、讲授法。

7.教学准备

课件：关于《科学探究：凸透镜成像》教学的PPT、多媒体投影、实物展台。

学生实验器材：光具座、大蜡烛、凸透镜、大光屏、火柴（1组）。

学生实验器材：光具座、蜡烛、凸透镜、光屏、火柴（共16组）。

8.教学过程设计

8.1创设情境，激发兴趣

活动1 学生透过“放大镜”观察老师

教师站在讲台前引导学生透过他们熟悉的“放大镜”观察老师，并试着描述出“清晰”看到的老师的样子。

学生坐在教室不同的位置，透过“放大镜”观察老师，并说出看到的老师的样子（老师是倒立放大的、倒立缩小的和正立放大的）

教师指出，学生透过“放大镜”看到的“清晰”的老师实际上是老师通过凸透镜成的像。观察表明：“放大镜”不只成放大的像。所以这类元件称为放大镜不科学，物理学中叫“凸透镜”。

教师引导学生认识到用相同的凸透镜能成不同性质的像，是因为老师到凸透镜的距离不同。

[设计意图]1.透过“放大镜”观察熟悉的老师，激发学习兴趣；

2.在学生意识到“放大镜”不仅能成放大的像，也能成缩小的像时，“放大镜”这一称谓显然不能代表这类透镜，此时给出“凸透镜”，符合学生认知；

3.发现用凸透镜成不同的像，确定研究方向。

8.2设疑击思，点拔探究

活动2 探究了解凸透镜成像的大体情况

教师提出问题：怎样知道凸透镜在什么情况下成倒立放大的像，什么情况下凸透镜成倒立缩小的像？

学生知道要通过实验的方法进行探究。

教师介绍实验器材：光具座、凸透镜、蜡烛（火柴）。布置实验任务并提醒学生注意：（1）通过前后移动光屏找到在光屏中心最清晰的像（教师也可演示）；（2）先从远到近不断改变烛焰的位置，了解物距不同对所成的像有哪些影响；（3）在光屏上找到像时，撤掉光屏看能否用眼直接看到这个像？（4）简单概括出实验中你实验小组观察到的现象。

学生以小组为单位，进行实验，从整体上了解凸透镜成像的情况。

学生交流各实验小组实验中观察到的现象：烛焰离凸透镜远时，成倒立缩小的像，用眼睛能看到；烛焰离凸透镜不太远时，成倒立放大的像，用眼睛能看到；烛焰离凸透镜近时，光屏上找不到烛焰的像，但用眼睛透过凸透镜能看到放大的像。

教师汇总实验中观察到的现象，让刚才没有观察全的小组快速补充观察。

教师介绍实像、虚像及其特点。平面镜成的虚像是反射形成的，所以要在镜前（物体同侧）看；凸透镜成的虚像是折射形成的，所以要透过凸透镜（物体另一侧）看。

学生初步了解实像、虚像及其特点，并用来描述凸透镜成像的整体情况。

[设计意图]在学生实验中，倒立放大的像、倒立缩小的像都能在光屏上呈现，而正立放大的像不能在光屏上呈现，而需要透过凸透镜观察到像在烛焰的同侧，此时给出“虚像”、“实像”并体会二者的不同，符合学生的认知需求。

活动3 探究凸透镜成倒立放大的像、倒立缩小的像的条件

教师指出刚才我们通过实验了解到的凸透镜成像的整体情况过于粗糙，我们要能找出物体距离凸透镜多远成哪种像就更好了。为了更细致的研究出什么情况下成什么像，我们采用分工合作的方式进行。单数实验组同学通过实验分别找多个倒立放大的实像，并分别记录下你认为最具代表意义的三个像时物体的位置、像的位置及像的大小情况，将实验现象及数据记录到表格中，同时将各成像情况下物体的位置、像的位置及像的大小画在印有方格标记的透明胶片上；双数实验组同学通过实验找倒立缩小的像，要求与单数实验组相同。

学生分组实验，完成各自的任务。

完成后实验先由成倒立放大实像的实验组学生展示用胶片记录的成像情况，并说明为什么认为这三个像最具代表意义。

教师通过即时性评价引导学生理解“最具代表意义的三个像”。

教师将所有研究成倒立放大实像的实验组的胶片重叠后，让学生观察并思考：看到了什么，说明了什么？

再由成倒立缩小实像的实验组学生展示用胶片记录的成像情况，并自己说明自己组记录的三个像是否最具代表意义，为什么？

教师将所有研究成倒立缩小实像的实验组的胶片重叠后，让学生观察并思考：看到了什么，说明了什么？

学生总结出看到的现象及发现的规律：成不同的像时，物体的位置和像的位置好像都有个范围，比较集中；成倒立放大的实像时，物体到凸透镜的距离小于20cm；成倒立缩小的实像时，物体到凸透镜的距离大于20cm。

教师让学生知道通过记录的实验数据也能发现同样的规律，从而让学生意识到处理实验数据可以有不同的方法。

[设计意图]1.通过实验前的提醒，降低实验难度，便于学生在光屏上正确的找到像，使实验得以顺利进行；

2.本实验采用分工合作的方式，一是为了有充足的动手动脑时间让学生找到“最具代表意义的三个像”；另一方面也是培养学生加强合作的团队精神；

3.本实验中多数学生记录的数据大多杂乱无序，将实验数据以图示的方式展示更易发现其中蕴含的规律，再通过评估环节让学生了解有序的数据便于发现和总结规律，形成有序实验的科学意识。

活动4 找到凸透镜成倒立放大的像、倒立缩小的像的分界点

教师引导学生认识到凸透镜成倒立放大的实像和倒立缩小的实像之间应该存在一个分界点，在这个分界点上会成一个与物体一样大的实像。这个分界点会在哪里呢？如何证实我们的判断？

学生多数能意识到这个分界点大约在距离凸透镜20cm处。

教师引导学生说出实验方案：在这个分界点的两侧多尝试几次，仔细观察所看到的像的变化。

学生通过实验来验证：物体距离凸透镜20cm处时，成倒立等大的实像。

教师说明20cm是个关键点，是成倒立放大的实像和倒立缩小的实像的分界点。在这个点上，成倒立等大的实像。实验中，像与物体的明亮程度不同，仅凭眼睛观察不足以确认成的像是与物体是等大的，但并不妨碍结论的得出。

[设计意图]引导学生运用“连续”的思想，认识到成倒立放大的实像和倒立缩小的实像之间应该有个分界点，并猜想分界点的位置，通过实验证实这个分界点的存在。

活动5 探究凸透镜成正立放大的像的条件、找出凸透镜成实像和虚像的分界点

教师引导学生认识到物体到凸透镜的距离小于20cm时，除了成倒立放大的实像外，还能成正立放大的虚像。物体在怎样的范围内，通过凸透镜成的是正立放大的虚像？凸透镜成倒立放大的实像和正立放大的虚像之间有无分界点？

教师要求学生通过实验分别找出多个正立放大的虚像，并分别记录下你认为最具代表意义的三个像时物体的位置、像的大小，将实验现象及数据记录到表格中，同时将各成像情况下物体的位置画在印有方格标记的透明胶片上。

学生分组实验，记录实验数据及效果信息。

学生完成实验后结合胶片记录的成像情况展示各组的实验结果，并自己说明自己组记录的三个像是否最具代表意义。为什么？

教师将所有研究成正立放大的虚像的实验组的胶片重叠后。让学生观察并思考：看到了什么，说明了什么？

学生总结出：观察到正立放大的虚像时，物体更靠近凸透镜：观察到正立放大虚像时，物体到凸透镜的距离要比10cm小。

教师在学生充分认识的基础上，概括出：物体到凸透镜的距离小于10cm时，成正立放大的虚像。

教师进一步让学生意识到凸透镜成正立放大的虚像和倒立放大的实像也应有个分界点，分析这个分界点应该在距离凸透镜10cm处。

学生通过实验观察物体在距离凸透镜10cm处的成像情况，确认此时既不能成实像，也不能成虚像。

[设计意图]引导学生自觉运用“连续”的思想。意识到成正立放大的虚像和倒立放大的实像应该有个分界点，猜想这个分界点的位置，通过实验确认分界点。

活动6 对上述探究过程的评估

教师引导学生对实验过程进行反思，帮助学生认识到：本实验的主要误差来源是不同人对清晰像的位置的判断不完全相同；在实验数据的记录上按照由大到小或由小到大的顺序较好；处理实验数据可以有多种不同的方法；在对实验数据进行处理时，“连续”的物理思想很重要；自己实验中的各种经验教训。

[设计意图]引导学生养成对科学探究过程及时进行反思的习惯。

8.3拓展延伸，归纳升华

教师告诉学生，对于任何一个凸透镜成像情况进行研究，都会发现这个“分界点”，但不同的凸透镜这个“分界点”到凸透镜的距离并不相同。我们今天各实验组实验的是相同的凸透镜，所以我们找到的“分界点”都在距离凸透镜10cm处。这个“分界点”叫做凸透镜的焦点，这个“分界点”到凸透镜的距离叫做凸透镜的焦距。10cm是就是大家实验中所用的凸透镜的焦距。

教师引导学生以小组为单位总结完善凸透镜成像的规律。

教师强调说明。我们所使用的凸透镜的焦距都是10cm，换用焦距不同的凸透镜做实验，虽然数据可能不同，但所得到的结论是相同的。科学家大量实验的结果充分证明了这一点。

[设计意图]1.学生通过分析，发现了凸透镜成像中两个关键点：即成倒立缩小实像和倒立放大实像的分界点、倒立放大实像和正立放大虚像的分界点，此时结合这两个分界点给出凸透镜的焦点、焦距这些名词，符合学生认知需求。至于这个点为什么叫焦点，到学习凸透镜对光线的作用时才会明白：

2.给出科学名词后，学生再次归纳总结，规范语言，得到初步的规律；

3.对于不同焦距的凸透镜仍能得到相同的规律，使结论具有普遍性，渗透严肃认真的科学态度。

教师提出新问题，为下节课的教学埋下伏笔：凸透镜为什么既能成实像又能成虚像？这需要我们关注光线通过凸透镜前后传播方向的变化，下节课我们继续研究。

9.形成性练习

1.小军和小民用图1甲所示的装置来“探究凸透镜成像的规律”。

（1）开始时，他们决定先用眼睛来观察一下凸透镜成像的各种情况。于是，他们先把凸透镜固定在光具座上0cm处，小军负责将蜡烛从透镜一侧50cm处逐渐向透镜靠近，小民从另一侧透过透镜观察烛焰，并按照观察到的像的大小进行编号，然后整理记录观察到的几个像的情况如图1乙所示。小军想知道观察到的各个像的先后顺序，小民有些已记不清楚。请你帮他排列出来：

（2）小军和小民要探究凸透镜成像的规律，还缺少的实验器材是__；如果实验室里找不到这个器材，还可以用__来代替。

（3）小军又把蜡烛固定在光具座上30cm处，小民要在光屏上找到烛焰清晰的像，正确的操作是__。

（4）小民进行了正确的操作后，将他的实验数据记录在表2（实验次数1）中：小军看了小民找到的像后，感觉不够清晰，又继续进行了正确的操作后，也将实验数据记录在表2（实验次数2）中；小军和小民都认为自己的实验数据是正确的，二人争执不下，就请物理课代表来裁决，物理课代表又继续进行了正确的操作后，也将实验数据记录在表2（实验次数3）中。

于是，物理课代表认为小军的实验数据是正确的。你的看法是：__。

（5）根据小民、小军和物理课代表的实验数据，可以推断该凸透镜的焦距为__cm；为了证实这一推断的正确性，最简单的实验方法是将蜡烛固定在光具座上__cm处，__。

2.表3是对凸透镜成像规律的总结，请你将表格中的空白处填写上适当的内容。

10.自我点评

在课堂教学中如何将学习内容的掌握转换成学生的内在需求，是教师创设情境是否成功的重要标志；教师能否将教学内容还原成一个有探究价值的问题是科学探究课设计的核心问题。因此，本节课的设计大胆摈弃了先讲解后探究的做法，是因为那样的探究更像是走过场，学生探究的主动性、自发性荡然无存。

透镜设计篇3

本节是在学生对生活中常用的透镜及其成像情况，获得丰富、具体的感性认识的基础上，带着问题，用探究的方法研究的内容。本节的主要内容，就是从"意外的发现"引出问题，激发学生探究欲望，让学生通过科学探究的活动，找出凸透镜成像的规律。使学生在全过程中自主研究，体验科学探究的全过程，从而培养科学研究方法，得出清晰的凸透镜成像规律。同时还培养了学生的发现问题、解决问题、分析归纳、动手、创造等多方面能力，以及培养了对科学的求知欲，乐于探究的科学态度。

【学情分析】

八年级学生刚刚接触物理这门学科，在知识方面，懂得少许浅显的物理道理，知道一些较简单的物理现象，了解了一些基本的物理规律；在能力方面，初步具备了一定的探究问题的意识和能力，有一定的协调能力和合作精神；在情感方面，他们有较浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲望；在物理方法上，知道科学探究的一般过程。本节探究课学生面临着许多困难，首先实验探究涉及到的物理名词多，物距（u）、像距（v）、焦距（f）、实像、虚像；还有，要找到各种像应调整什么，如何调整，学生感到盲目；再有，从数据中要得出结论也不易，因此老师必须重视在探究过程中对学生进行引导和指导，同时，培养学生收集信息、分析问题、解决问题等能力，初步学会科学探究的一般方法。

【设计说明】

探究凸透镜成像的规律是初中物理教学的一个难点，教学的策略，不在于有没有讲清、讲透，而是看教师有没有引导学生参与教学过程，主动获取知识，乐于探究，所以教师应想方设法把课堂活动权交给学生，把发言权留给学生。基于此，教学中，一方面注意问题情境的创设，激发学生的学习兴趣，主动探究，使学生形成积极主动的学习态度；另一方面也注意科学研究方法的渗透，引导学生动口、动手、动脑，参与教学的过程，培养学生获取知识的能力，分析解决问题的能力、交流合作的能力；还注意在对凸透镜成各种不同性质像的研究过程中，操作的思路是：先使凸透镜成某种性质的像，然后再收集相关数据，与以往教科书先给定物距，然后观察像的性质并记录像距相比，可降低实验难度，提高探究效率。

【教学目标】

知识与技能：理解凸透镜的成像规律，知道凸透镜所成像的虚实、倒正、大小与发光置的关系。

过程与方法：1.能在探究实践中，初步获得提出问题的能力。2.通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法。3.学习从物理现象中归纳科学规律的方法。

情感态度与价值观：1.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。2.乐于参与观察、实验、制作等科学实践。

【教学重点与难点】1.理解凸透镜成像规律。2.使学生初步了解科学探究的方法。

【教学准备】多媒体、教师和学生用光具座、凸透镜、蜡烛、光屏、火柴。

【引入新课】将凸透镜正对教室的窗口，用白纸承接远处景物的像，观察像的大小，正倒，引入课题。

【进行新课】

提出问题：请同学们做这样一组小实验：

你看到什么：①用凸透镜近距离的看书上的字；②用凸透镜远距离的看课本的封面；（用凸透镜近距离看看到正立、放大的虚像；用凸透镜远距离的看到倒立、缩小的实像。）

同样是凸透镜，所成的像却有如此大的差别。相信大家一定有许多疑问，请把你的疑问写下来，然后我们一起交流一下。

（①凸透镜成像有什么规律？②为什么会有时成放大的像，有时成缩小的像？③什么时候成放大的像，什么时候成缩小的像？......）

提出猜想：同学们想一想：凸透镜成像的不同与什么因素有关？你这样猜想的根据是什么？（与物距有关；与像距有关......当放大镜靠近物体时成正立、放大的虚像；当放大镜远离物体时看到倒立、缩小的实像。）

为了验证同学们的猜想，我们必须干什么？（做实验）

实验验证。

师：我先介绍一下实验台上的器材，凸透镜（焦距为10cm）、光具座（带有刻度尺）

根据桌上的器材各小组商量出一个实验方案来。

生：小组讨论，上台展示其实验方案。

师：点拨实验方案。

（哪是物距呢？哪是像距呢？是不是在光屏上得到像后，记录下物距、像距和成像情况，做完这一次实验就行了呢？为了使得出的结论更加准确，可以取不同的物距多做几次，具体情况可参照你们报告单上的实验记录表格进行。）

进行试验

（课件出示实验注意事项：⑴调整烛焰焰心、透镜光心、光屏中心在同一高度；⑵必须在光屏上成清晰的像。）

师：这是实验时大家必须注意的。第一条，为什么要求在同一高度呢？这样可以保证像能成在光屏上。第二条，只有光屏上成清晰像时，光屏所在的位置才是像的位置。

学生按课本第88页试验步骤进行实验，教师巡视指导。

探究实验记录表所选凸透镜的焦距f=㎝

结论

（1）像的大小与物距是否有关？当物距在什么情况下成缩小的像或放大的像？

（2）像的正倒与物距是否有关？当物距在什么情况下成正立的像或倒立的像？

透镜设计篇4

关键词：变焦距镜头；高斯；光学设计；新方法

引言

由于光信息和光通讯科技快速的进步与广泛的应用，使得光电方面的产品不断的推陈出新，并迅速成为市场上需求庞大的消费性产品，例如激光打印机、扫描仪、投影电视、摄录放影机、数码相机、望眼镜、显微镜、光纤通讯等产品，因而近年来光电相关产业的发展十分蓬勃，在国内也是极有发展远景的明星产业。居于关键性地位的光电零部件，将是影响产业发展的最重要因素，也是革新走向的风向标，尤其是光学透镜可说是光信息与光电系统中不可或缺的关键性零部件。光学变焦能力取决于光学设计与机构设计，光学设计限制了变焦机构的选择空间。一般运动机构不外乎齿轮、凸轮、螺旋与连杆等机构，又以凸轮机构为主，而且可经由机械补偿来修正焦点的误差。而光学变焦就是经由直流马达带动减速齿轮组，让凸轮传动机构转动，借助两组镜群间距离改变达到变焦的动作。

传统的光学变焦系统必须以为数颇多的球面镜片组合而成，才能达到预期的效果，这样非但所制成的产品十分笨重，制作成本也高。相对的，非球面镜片一方面可提高光学变焦系统的性能，另一方面可以减少镜片的数目，并使产品轻量化。因此，非球面光学系统有下列优点：有效的消除像差，提高影像光学品质；简化复杂的多元结构，系统元件数量和尺寸灭少，重量减轻；使光学产品的应用范围加大；制造成本降低。因此，非球面设计势必会取代现存的大部分光学元件的球面设计。在几何上，球面只要用到曲率一个参数便可表示或说明清楚。但非球面的表示可能要用到无穷级数来表达，因此有无限参数的可能，这在计算的处理上便很困难。由此可知，一般可以处理的非球面相当有限，而光学界面更局限在抛物面一类的二次曲面（Quadraticsurface）之中，文章的目的是探讨高聚焦的非球面变焦距镜头的光学设计。

1 变焦距镜头高斯光学设计的新方法

1.1 非球面通用方程式的透镜设计

首先固定投射透镜的折射率与相关的几何参数，在变焦距镜头其中，常被应用到的透镜材质多为玻璃、压克力或PC（Polycarbonate），其中投射透镜一般为玻璃材质，所以取折射率为1.58，投射透镜的口径约为72mm，并取顶点曲率半径R=36mm。通过非球面的通用方程式中参数的改变，便可得到各种非球面透镜的几何外形，再借助折射定律、数学计算推导及电脑程序设计模拟平行光束通过透镜的光迹路径，分析聚焦情形及一系列完整的测试，以设计出能将球差现象减到最低的透镜几何外形。

在设计之后，还需要注重变焦镜头组装。根据非球面通用方程式进行的设计，变焦镜头系统组装主要分为两部分，一为气压回路组装，另一为变焦镜头组装，最后将两系统结合即为气压控制变焦镜头系统。变焦镜头组装过程首先将气压接头缠上止泄带并锁在外套筒上，接着将非球面镜片置入外套筒内侧，套入内部支撑套环固定，然后套上O形环并装配BK7玻璃镜片。O形环功能主要是协助固定玻璃镜片及避免漏气，接着锁上固定套环将BK7玻璃镜片固定，最后组装外部保护镜片及光阑。气压系统分为两部分，分为变焦系统进气端与排气端，进气端包含气压帮浦、调压阀与进气开关，最后将变焦镜头一端接上进气端另一端接上排气端，所有气压控制非球面变焦镜头系统即完成。

1.2 高聚焦的透镜设计

从聚焦情形方面来看，平行入射光经球面透镜后，距离光轴越远的平行光束聚焦越近，距离光轴越近的光束聚焦越远，而平行光束经抛物面透镜则有相反的趋势，这对于寻找高聚焦的透镜设计提供一个思考的方向，也即曲面外形若介于球面与抛物面之间便可能有折衷效应，使得平行光束经此透镜后不论离光轴远近的光束皆可在光轴上汇聚于一点。因此，可建立如下的球面方程式：

其中第一项为抛物面方程式，意即球面方程式可视为抛物面方程式再加上高次项，因此文章提出的高聚焦非球面变焦距镜头设计方程式为：

其中Coef为可调整的系数，Coef=0时为抛物面，而Coef=1时接近球面，所以本方程式设计出来的透镜的几何外形将可介于球面与抛物面之间。经过一系列测试得知当Coef=0.54时对于光束的会聚效果最好，其光轴上最大的球差值仅0.5mm，比椭圆面透镜的聚焦能力要好。将其几何外形与各种二次圆锥面进行比较可知，曲面外形确实介于球面与抛物面之间，所以曲面透镜也有很好的聚焦能力。

进而可以测试透镜的顶点曲率半径R大小改变时对于像差现象的影响，可取R=72mm，而投射透镜的折射率与口径均可不变。实验操作中，球面透镜与抛物面透镜的厚度分别变为9.6mm与9mm，可见R变大导致透镜厚度减小而更能符合薄透镜的假设，所以各种透镜的球差现象均可获改进，但焦距变大。其中，双曲面透镜的k值仍取-1.5，椭圆面透镜的k=-0.61才能得到最佳的光束集中，光轴上最大的球差值仅0.2mm。文章提出的曲面透镜的Coef=0.42，光轴上最大的球差值仅0.lmm，由此也可知R变动时，K及Coef值也需重新调整以获得最佳的球差改进。因此，文章认为在设计使用上，以曲面透镜最好、椭圆面次之、抛物面再次之、双曲面与球面则排在最后。

2 结束语

文章提出了高聚焦变焦距透镜的高斯光学设计方程式，由于本曲面几何外形介于球面与抛物面之间，因而具有该两曲面光学特性的折衷优点。由一系列结果证实，借助非球面通式设计出的各种二次圆锥面透镜及高次曲面透镜为最好，现将各种曲面透镜设计的参数探讨、聚焦测试结果与比较情形简述如下：二次圆锥面中以椭圆面的聚焦效果最好；非球面通用方程式中的高次曲面透镜未能优于椭圆面透镜的聚焦能力；在投射透镜的口径固定下，当透镜的顶点曲率半径R越大时聚光效果越好但焦距变长；当透镜的口径或厚度改变时，文章提出的曲面透镜调整系数Coef或椭圆面透镜的圆锥常数k均须重新寻找以获得最佳的聚焦结果；各种曲面透镜的聚焦能力分别为曲面透镜>椭圆面透镜>抛物面透镜>双曲面透镜>球面透镜。

参考文献

透镜设计篇5

论文关键词：凸透镜成像规律,教学设计,教学方法

1 教学设计

1.1 教材简析与学情分析

研究凸透镜对光的作用和凸透镜成像规律是光学教材的中心内容。凸透镜成像规律只有学生主动参与探究，才能激发学习欲望，加深对知识的理解与掌握。这要求教师摒弃“灌输”的思维，充分激活教材，实施教学。

本节内容学生比较感兴趣，特别是对凸透镜在不同条件下得到不同的像，兴趣更浓。但是，由于课本中出现较多的抽象概念，如焦点和焦距、实像和虚像、物距和像距等，加之凸透镜成像规律实验的操作要求又较高，所以对于学生来说，完成教学目标是有一定难度的。

1.2 设计思路

教材对凸透镜成像规律的探究是一个全过程的探究，从提出问题到猜想、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、交流与合作，整个过程要求教师加以正确的引导，帮助学生主动建构，同时注意探究过程中方法的点拨与内化，追求实效。本节课教学设计的主要流程如图1所示。

1.3 教学过程

1.3.1 复习引入

怎样判断一个透镜是否是凸透镜？说出有关凸透镜的物理名词？把焦点的位置称为一倍焦距处，用f表示。如果焦距是10 cm，在主光轴上离光心20 cm处我们可以称之为什么？

设计意图：简明扼要的回顾，复习了上节课有关透镜的知识，同时补充了一倍焦距处（f）和二倍焦距处（2f）两个在凸透镜成像规律中重要的分界点，为下面学生分析实验数据作了铺垫。

1.3.2 引入新课

用放大镜观察书本上的字和周围的物体，并相互交流观察到的结果。通过放大镜来观看物体，看到的像是怎样的？可让两位同学上讲台演示蜡烛烛焰的成像情况。

设计意图：通过学生自主发现，揭示凸透镜不仅能成像，还能成不同的像，激发学生的兴趣，激活课堂。同时，为学生探究凸透镜成像规律的猜想打下基础。两位同学的演示，不仅能进一步调动学生学习的积极性，还能引导接下来的实验设计，达到环环相扣的目的。

1.3.3 提出问题、猜想

根据观察到的现象：凸透镜所成的像有时缩小、有时放大，有时倒立、有时正立，同学们还有哪些想法和问题吗？

归纳确立探究的问题：像的大小和正倒跟物距、像距间的关系。

设计意图：通过讨论激活学生的发散性思维。教师简单归纳学生的问题，确立本堂课探究的内容。

1.3.4 设计实验与收集证据

实验需要哪些器材？结合器材如何来设计实验？介绍实验器材。分成5个组独立完成任务，分别找到清晰缩小的像、等大的像、放大的像、倒立的像、正立的像。学生设计实验方法和实验数据表格，教师巡视，发现问题，并给予指导。对无法完成的设计，组织学生讨论交流。特别是在光屏上无法得到正立的像时，引导通过透镜看，找到正立的像。

设计意图：在这一环节并没有按照一般的科学探究的过程，让学生在动手实验前就有一个完整的实验方案，而是简单地提示所需的实验器材和使用方法，行政管理毕业论文将原来完整的实验分解成5个单独的任务，并不强调具体方法。目的是降低实验难度，节约实验时间。学生在完成任务时，本身就具备了实验要求的所有要素。对正立的像的寻找，使虚像和实像的概念在学生矛盾冲突中得出，鼓励学生遇到问题时要开阔、发散自己的思维。

1.3.5 实验分析与论证

透镜设计篇6

关键词：透镜;光的折射;会聚;发散;实验探究;小组合作

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）1-0078-3

1 说教材

1.1 教材的地位和作用

《透镜》一课是本章的第一节课，本章主要讲述透镜的初步知识在日常生活中的应用。这一章是上一章中“光的折射”知识的延伸。《透镜》一课是学习本章的基础，本课也对学习本章后面几节课奠定了基础。

1.2 说教学目标

1）认识凸、凹透镜，了解焦点和焦距。

2）观察凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。

3）能保持对自然的好奇心，初步领略自然现象的美妙与和谐。

1.3 说教学重、难点

学习透镜的重点是让学生明确透镜对光线的作用。

2 说学情

生活中人们经常用眼镜、照相机、摄像机、投影仪、显微镜等光学仪器。这些光学仪器与我们的生活息息相关，它们的主要部件是透镜。学生对透镜已有了感性认识，并且前面已经学习了光的折射知识。光从空气进入透镜一侧以及从透镜的另一侧射出时各发生一次折射，会很容易理解。但是，平行于主光轴的光经过凸、凹透镜的“会聚”和“发散”则要进一步的讲解。

3 说教法

认识透镜采用观察法。对于透镜的科学术语：主光轴和光心以及焦点和焦距，采用学生自学。透镜对光的作用采用实验探究、小组合作以及播放视频等方法。焦距的测量采用小组合作学习、小组设计实验方案、进行实验探究等方法。对于透镜三条特殊的光线采用多媒体课件播放习题，学生板画练习巩固。

4 说学法

通过本节课的学习，培养学生自学、小组合作、动脑思考、动眼观察、动手操作的实验以及语言表达等能力的同时，更注重培养学生自主学习、主动学习的思维方式等，让学生成为学习的主人。

5 说教学过程

5.1 创设情境，导入新课

本课通过多媒体课件播放“神舟十号”从点火到升空的过程，让学生观看，然后提出问题：哪些仪器把扬我国威的历史瞬间留为永恒的记忆呢？学生回答摄像机。指出透镜是照相机、投影仪、显微镜、电影放映机、摄像机镜头的重要元件，引出透镜。

5.2 新课教学

5.2.1 认识透镜，学生自学，适当点拨

学生阅读课本第一自然段了解透镜，观察眼镜片以及桌面上的凸、凹透镜。并通过多媒体课件播放针对性地区分凸、凹透镜，反复练习，加深学生对凸、凹透镜的认识。学生自学课本透镜常用的科学术语：主光轴和光心，教师用板画的形式解释。这部分内容比较简单采用学生自学的方法，培养学生的自学能力。

5.2.2 透镜对光的作用

采用学生分组实验的形式探究透镜对光的作用。教师课前准备的实验器材：烧杯、水、牛奶、测量液体压强用的水槽、香、火柴、激光笔、凸透镜、凹透镜、橡皮泥。小组讨论设计方案，每组学生讲解设计方案。学生的设计方案归纳为两类：一是激光笔、凸（凹）透镜、烧杯中放入水和牛奶，把凸（凹）透镜靠近盛有水和牛奶的烧杯显示光路;二是把点燃的香和凸（凹）透镜固定在水槽中显示光路。学生分组进行实验，教师指导、点拨。学生小组交流实验结果，归纳实验结论：凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。笔者提问：同学们设计的实验哪个更有说服力呢？同学们可能回答两个都可以，笔者指出用凸（凹）透镜靠近盛有水和牛奶的烧杯显示光路，盛有水和牛奶的烧杯本身就相当于凸透镜，对光有会聚作用。笔者觉得第二种设计方案比较好。播放笔者用第二种设计方案录制的视频。通过播放课件补充学生实验现象的不明显。最后，通过板画的形式画出两种透镜对平行于主光轴的光的作用。

对“会聚”与“发散”的理解，通过多媒体课件播放问题：只要通过透镜折射后的光线是会聚的，这个透镜就是凸透镜;折射后的光线是发散的，这个透镜就是凹透镜？不正确。光学中会聚和发散的含义：结合多媒体课件透镜图解释凸透镜对光线的会聚作用是指其折射光线比入射光线靠近了主光轴，叫会聚。凹透镜对光线的发散作用是指把入射光线发散，其折射光线比入射光线远离了主光轴，叫发散。采用实验与多媒体课件相结合的方法，通过学生实验，增加学生的体验，并使学生对凸（凹）透镜这种重要的光学元件对光的作用了解得更充分一些，把抽象内容形象化，使学生从感性认识上升到理性认识。从而突破对会聚和发散这一知识点的理解。通过此环节的设计突破重点和难点。

5.2.3 焦点和焦距

学生自学焦点和焦距，并指导学生画出平行于主光轴的光线会聚于主光轴上一点，标出焦点和焦距。培养学生的自学能力和板书板画的能力。笔者提出“要想利用凸透镜使小灯泡发出的光变成平行光，应该把小灯泡放在凸透镜的什么位置？试试看。在解决这个问题的时候，你利用了前面学过的什么知识？”小组讨论解决，回答把小灯泡放在焦点上，根据折射现象中光路可逆的特点。利用大屏幕播放录好的视频：把小灯泡放在焦点上，发出平行光。利用视频清晰再现实验过程，使学生有身临其境的感觉。你知道用什么办法找焦点和测焦距吗？对凸透镜焦距的测量：学生阅读教材四、五自然段，小组讨论、设计实验方案，其中一组展示实验过程，可能出现的问题是用白纸当光屏，用手电照射凸透镜，纸上出现一个几乎与透镜等大的光斑，却没有出现一个很小、很亮的亮点。笔者追问原因，并让其他组的学生指出实验失败的原因并展示正确的做法。强调：这个实验我们最好用太阳光，从无限远处来相当于平行光，手电代替光源，那么手电一定要离透镜远些，这样才能是平行光。利用课件播放实验步骤。学生分组实验测量凸透镜的焦距，教师巡视指导。学生汇报测量结果：焦距分别为5 cm和10 cm。对于焦距大小对光的会聚和发散的效果，请学生做“动手动脑学物理”第一题。学生通过做题总结出凸透镜的焦距越小，透镜对光的会聚作用越强。凹透镜焦距越小，透镜对光的发散作用越强，每个透镜的焦距是一定的。关于透镜对光线的作用，主要掌握凸（凹）透镜的三条特殊光线。利用多媒体课件出示透镜三条特殊光线的习题，学生练习，并且每组派一名学生在黑板上画图，教师指导学生画图。学生归纳总结对于透镜三条特殊光线的画法。通过练习，巩固所学知识内容。

5.3 课堂小结

各小组总结本课的收获和疑惑，互相交流。

5.4 布置作业

布置课本“动手动脑学物理”1、2、3、4题为本节课作业。

5.5 说板书设计

通过板书设计，简明扼要地将本课的内容展示出来，帮助学生加深对本课知识体系的认识、理解、应用。

1.透镜的分类：凸透镜和凹透镜

凸凹透镜的示意图。

2.关于透镜的名词

①主光轴：通过两个球心的连线叫做透镜的主光轴。

②光心：主光轴上特殊的点，通过它的光线传播方向不改变，这个点叫做透镜的光心。

3.透镜对光线的作用

①凸透镜对光起会聚作用

②凹透镜对光起发散作用

4.焦点和焦距

①焦点：平行于主光轴的光线通过凸透镜后会聚于主光轴上的一点，这个点叫焦点。

②焦距：焦点到光心的距离叫焦距。

5.透镜对三条特殊光线的作用

①通过光心的光线传播方向不改变。

②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点;经凹透镜折射后发散，发散光线的反向延长线通过异侧虚焦点。经过凸透镜焦点的光线折射后平行于主光轴射出。对着凹透镜异侧虚焦点入射的光线折射后平行于主光轴射出。

6 说教学效果

本课从生活走向物理，通过多媒体课件播放“神十”点火到升空的过程来引入，提出问题，环环相扣，激发学生的好奇心与求知欲。整个教学过程中学生活动贯穿始终，学生自学与实验相结合，注重学生能力培养的同时，更注重培养学生自主学习、主动学习的思维方式等，让学生成为学习的主人，注重重点、难点的剖析，以及习题的巩固和练习解决实际问题。

参考文献：

透镜设计篇7

[关键词]思想；模式；设计；反思；教学风格

一、备“思想”

备“思想”，是指根据所上课的难易程度和学生的学力水平，从整体上确定上这节课的基本想法，在大方向上构建好这节课的轮廓。

对《透镜》这节物理课，我的指导思想是：重点做好透镜对光线会聚与发散的实验，在此基础上引导学生理解并画出三条特殊光线。实验先由学生分组探究，然后由教师进行评价、示范和小结。一句话，总的教法是通过学生自学、实验、交流和教师的适当引导来掌握本节课的内容。

我们知道，同一节课的教法多种多样，不同的教师由于思想、理念、水平的不同而不同，同一教师由于教具学具的不同、班级学生的不同、教材内容的不同也应有所不同，关键是教师能从中筛选出一种教法，把自己的教学所长、学生的学力水平和教材的内容特点做到最为有效的结合，为此有必要在课的整体教法上做好“预设”，准确把握好这节课的基本教法，定准教的大方向，使课的质量有较好的“生成”，避免上课的盲目性。

二、备“模式”

备“模式”，是指根据课的指导思想，确定一节课的框架结构和教学模块，一般用较为简明易懂的文字来概括。例如“先学后教，当堂训练”、“先练后讲，练在当堂”、“读读议议，练练讲讲”、“‘三三六’自主学习”、“讲学测271”等教学模式。从课的教学模式能看出课的总体特征。

《透镜》这节课的教学模式确定为“自学·探究·展示·应用·测评”。即教学的第一模块是让学生自学课文或导学案，第二模块是分学习小组，让学生进行实验探究，理解会聚、发散、焦点、主轴等概念，画三条特殊光线；第三模块是让各小组讨论、交流、展示自己的实验结果和三条特殊光线的画法，接着由教师进行评价、实验示范和小结；第四模块是选讲典型例题；第五模块是让学生做检测题，以巩固本节课所学知识与技能。

备“模式”的最大好处，一是使教师有一个清晰的教学思路，二是便于教学内容的组织与实施，三是有利于形成与教学模式相对应的课堂文化。这都是高效课堂所必须的。

从学校角度来思考，研制学校课的教学模式实质上就是对全体教师的上课提出规范性的基本要求，是学校对课堂教学领导力的具体体现。因此，学校特别是名校或想通过教学改革来提高教学质量的学校，都会重视学校课堂教学模式的研制，有的还作为学校的品牌加以重视。

要明确的是，各个学科教学模式的框架结构或称谓虽与学校相同，但其中的内涵、要求是各不相同的，就是同一学科的不同教师也不会相同。例如，学校推行“先学后教，当堂训练”的教学模式，“先学”什么，怎么“后教”，“当堂”在那个环节，“训练”形式和做法，并没有固定的格式，不同的学科或同一学科的不同教师，都可以根据自己的擅长、学生的学力水平、教具学具器材等，进行灵活设计和实施。同时，教学模式也不是固定不变的，随着办学条件、教师水平和学校文化品位的提升，教学模式需要不断地改进和完善。

三、 备“设计”

备“设计”是指根据课的教学模式，设计课的执行过程，落实课的实施方案，就是写出教学过程中各模块的具体做法。除了要明确三维度的教学目标、教学重难点内容和所需的教学资源之外，主要精力是放在教学过程的每一个环节或模块中，教师做什么、学生做什么、意图是什么、用时多少，作出较为科学、合理、简明的可操作性设计。

《透镜》这节课的主要教学设计如下：

[自学模块]让学生观察、触摸透镜，知道凸、凹透镜和厚、薄透镜的含义；阅读课文或导学案，对焦点、光心、焦距、主光轴等概念，对凸、凹透镜对光线的作用和三条特殊光线，有初步的感性了解。教师巡堂，关注学生的自学状态。用时5分钟。

[探究模块]通过教师对探究过程的说明、指导，让学习小组的学生“经历”：（1）用激光演示器做平行光通过凸透镜、凹透镜的实验；（2）让一细束激光分别平行入射、从光心入射、从焦点或对着焦点入射到凸透镜或凹透镜的实验；（3）粗测凸透镜焦距的探究；（4）由实验结果画出三条特殊光线。用时12分钟。

[展示模块]分为两段。第一段是学习小组内部讨论、交流，然后每个小组派出一位代表向全班陈述本小组的探究结果，即凸透镜和凹透镜对光线的作用、测定凸透镜焦点的方法和三条特殊光线的画法，或对其他小组探究结果的评价。第二阶段是由教师在肯定各小组探究、展示的基础上，对学生探究过的实验再次进行示范演示，并配合课件中光线通过透镜的动态传播，对学生的探究结果进行相应的矫正和总结。用时13分钟。

[应用模块]结合凸、凹透镜对光线的会聚作用和三条特殊光线的光路图，各举一道例题。例如，为什么不能在深山密林中丢弃水瓶？又如，已知入射、折射光线，画出“黑盒子”中的透镜等。用时6分钟。

[测评模块]围绕透镜的基本概念，透镜对光线的会聚、发散作用和三条特殊光线光路图作法这三个方面，提前编印好一份包括填空题、选择题、问答题、实验题、作图题等题型，共约10道左右的检测题，发给学生当堂完成。用时7分钟。

在教学设计的过程中，要对妨碍教学设计实施的主要环节进行反复的推敲。例如，在“探究模块”，为了使学生尽快进入实验探究状态，要使学生尽快熟悉实验器材和操作方法，小组同学能相互配合，懂得记录实验结果或光路图，还有教师在实验示范时与课件动画的配合，都会对教学进程及效果产生较大的影响，都要反复推敲，以便找出最佳的设计。

只有每一个教学环节的设计都为学生所接受、领会，教学设计才能避免“纸上谈兵”。

四、备“课件”

备“课件”是指运用电脑信息技术，将教学设计各个模块或环节中涉及到的文字、图形、图像、声音、动画、视频等多媒体元素集成为一个有交互功能的教学软件。课件操作简便，形象生动，能把学生难以理解、用语言和常规方法不易表述、抽象复杂的知识规律表达清楚，且具有较强的交互性，因此，备“课件”是教师备课不应缺少的一个环节。

要制作多媒体课件，一是至少掌握一种多媒体课件的制作软件，熟悉常用的文字、图形、声音、动画、视频等软件的使用方法；二是课件素材的收集和制作，例如，通过网络、光盘、电视收集，用数字相机或录像机拍录，用动画、图片、声音、视频等软件制作。有了这些准备，制作多媒体课件就会水到渠成。

《透镜》这节课的多媒体制作如下：

制作软件的选择。由于内容比较简单，选用PowerPoint和几何画板即可。

脚本构思和编写。只需设计一个包括“透镜在生活中”、“认识凸、凹透镜”、“透镜对光的作用”和“应用举例”四部分组成的脚本。

课件素材的准备：

[透镜在生活中]通过光盘、电视、网络收集或用录像机拍摄，制作一段两分钟左右的视频，通过透镜在日常生活、医疗、交通、航天、科研等领域的应用视频（可自行配音），使学生了解透镜的广泛应用。同时设置疑问（如在太阳当空时为什么不能给花草浇水），引入新课。

[认识凸、凹透镜]用几何画板“动态”地画出凸凹透镜和厚薄透镜，让学生理解凸凹透镜、厚薄透镜、光心、主光轴等概念。

[透镜对光的作用]用PowerPoint或几何画板，制作平行光束通过凸透镜、凹透镜时的动态传播过程，单束光对着光心、焦点通过透镜时的动态传播过程，使学生加深理解透镜对光线的会聚或发散作用，理解光心、焦点、焦距的含义。

[应用举例]例题的情境创设、讨论、分析和解答。

要注意的是，能提供实物器材让学生做的实验，不应该用课件来代替。

五、 备“风格”

备“风格”是指再一次思考已完成的教学设计和制作的课件，看自己的教学所长和能力优势是否在其中得到了充分的体现。这是一种有意识地形成自己教学风格的备课环节。

名师上课，为什么会受到同事和学生的欢迎？主要还是特色别样，风格鲜明。不少教师语言风趣幽默，实验奇思妙想，课件动画设计很逼真，知识呈现很有艺术性，等等，但由于缺乏“品牌意识”，不重视备“风格”，最终没有形成有别于他人的教学风格。

《透镜》这节课我想体现的教学风格，一是学生通过自学或实验探究能学会的，教师只作总结性的评价和小结；二是利用自己课件制作中动画设计能力的优势，解决教学中的重难点。如果能有意识地坚持下去，最终会在这两个方面形成自己的特色，给听课者以深刻的印象和启发，这就是“风格”。

六、 备“反思”

透镜设计篇8

[关键词]情知教学 涉及 环节

[中图分类号]G420 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2016）02-0193-01

在《生活中的透镜》这节课的设计中，我注重了情知教学，从以下几个环节对教学设计进行了优化。本节课是透镜在生活中的应用，既是上节课所学的抽象的透镜的实际应用，又要为下节课探究凸透镜成像规律做准备，让学生对凸透镜所成像的不同特点有丰富的感性认识，在本章的教学中起着至关重要的作用，而凸透镜成像特点单从知识上讲又非常简单，但是如何让学生将其在脑中形成根深蒂固的印象，如何通过本节课的学习让凸透镜的三种成像特点在脑中挥之不去，则是在设计过程中要重点优化的内容。

一、境中激情，以情导学

上节课从外观和对光的作用上认识了透镜，但是学生并不知道透镜在实际生活中有什么作用，因此在引入的过程中，我运用了情境教学法。

在上课前，教师显示电脑和摄像机进行连接，目的是使学生在走进课堂的过程中，可以在投影仪上看到自己行走的身影，还能够看到其他同学的影像。这时学生的好奇心已经被驱使出来。在一阵议论之后教室里便安静下来，同学们开始细细地观察。这时老师发问：大家知道为什么自己的影像会出现在屏幕上吗？今天的课堂有什么不同，老师使用了什么“新型武器”呢？之前的观察使同学们得出了老师使用了摄像机这一结论。同学回答：是摄像机。老师：对，首先老师使用了摄像机，它的作用是把同学们的身影接收到，继而传达到电脑，这其中还不能忽视了投影仪的作用，是它又将这些影像投放到了屏幕上。而摄像机和投影仪在工作时都离不了透镜，之前我们对透镜的原理进行过学习，但那都是课本上的知识，其实，透镜广泛地应用于我们的生活。今天我们就来学习生活中的透镜。通过这个设计，同学们知道了在电子设备中，透镜起着很重要的作用。有了这两件电子设备的提示，教师鼓励学生举出生活中透镜的其他应用，同学们踊跃回答。教师再用PPT展示了一些不常见的设备，如枪上的瞄准镜、医学设备中的透镜等，除此之外，教师还展示了圆形鱼缸、装水的杯子等不是透镜，但是相当于透镜作用的物品，最后展示了自然界中的露珠，引导学生发现，露珠中间厚边缘薄，像我们刚刚学习过的哪一种透镜？生：凸透镜。师：（展示两张透过露珠成不同像的图片）透过露珠有时可以看到叶脉被放大的像，有时却是远处花的倒像，说明露珠可以成不同的像。那么凸透镜呢？凸透镜在刚才所说的各种设备中，所成的像也是不一样的，但是都可以归为三大类，这节课我们就选取这三大类中的三个典型代表，照相机、投影仪、放大镜，来学习凸透镜的成像。

整个的引入过程，从透镜到透镜的应用，从透镜中的凸透镜到凸透镜能成不同的像，整个过程为学生提供了丰富的感性素材，从亲身体验到生活、自然中的透镜，让学生感受凸透镜在生活中是普遍存在的，并不是像上节课所学透镜那样抽象，好像只存在于实验室里。并且又通过自然界中露珠成像的不同，回归到设备中凸透镜所成像的不同。整个过程符合学生的认知特点，又丰富了学生的感性认识，使学生乐学的情感得到了培养和发展。

二、动中激情，以情引思

中学生刚刚接触物理，非常喜欢物理实验，动手实验是实现情致教学的一个比较有成效的办法。不过，在物理课堂上常常出现的一种情况是，同学们都在忙活着做动手实验，但是，却只是机械性的手动，而不是头脑的灵动。那么要想让同学们真正地脑动支配手动，就必须充分发挥动与思中间的纽带的作用，要同学们充分利用所学，先思后动，进而激发出学习的热情。

如在本课的教学中，我共设计了三次学生活动，其中照相机的成像特点作为本节课的方法指导的重点环节，分为两部分进行。第一部分是完成教学的知识目标的过程，在任务的布置中，并没有给学生明确的知识性的问题，而是告诉学生应该如何操作，操作过程中应该观察什么、思考什么，让学生能真正动起来，而不是枯燥地以回答老师提出的问题为目的。第二部分是知识以外的延伸，让学生在完成了本节的知识目标之后，去更多地体验、尽情地去发现，通过自己的观察和体验，发现凸透镜成像时的更多特点，这些内容不作为本节课的知识目标，但是在方法的指导、思维方式的培养上给学生以更多的体验。

三、合作生情，以情助学

透镜设计篇9

现以《透镜》课例进行分析。

一、教材分析

透镜是照相机、投影仪、放大镜、显微镜、望远镜等光学仪器的最重要的组成部分，这些仪器与我们的生活实际联系紧密，因此研究透镜对光的作用和凸透镜成像是本单元的中心内容，而透镜这节是本单元最基础的部分，介绍透镜的基础知识及其对光的作用，因此本节的重点是正确理解透镜的会聚作用或发散作用，难点是对焦点概念的理解。

新课标的要求，了解什么是凸透镜，什么是凹透镜，什么是透镜的焦点、焦距。理解凸透镜和凹透镜对光的作用。观察实验，研究凸透镜对光的会聚作用和凹透镜的发散作用。

二、教学设计

1.复习光的折射：（5分钟）小组之间互相检查画的光路图。

2.自主学习：（5分钟）凸透镜对光线的会聚作用和光线的偏折方向并把它画出来；凹透镜对光线的会聚作用和光线的偏折方向并把它画出来。并且比较一下凸透镜和凹透镜与我们经常见到的什么镜片相似。如何用实验来研究呢，要想做实验，如何得到几条光线，怎样观察折射后的光线等。

3.合作探究（10分钟）小组之间合作探究光线经过凸透镜、凹透镜后的偏折方向，并且讨论如何办能获得几条光线，如何能观察的折射光线清晰；然后小组内总结出你得到的实验结论，能否用另一个实验来验证你的结论是否正确。根据小组合作探究学结区别凸透镜和凹透镜的方法。

4.小组展示（10分钟）每个小组选派代表把自己小组实验的设计，实验过程和结论展示出来，然后比较哪种做法更好，好在哪里，哪种做法需要改进，如何改进，评出本节课的优秀组。

5.自我总结，画出知识树（5分钟）。

6.当堂达标（3分钟）教师点评出错较多的题。

7.连接中考（2分钟）

教师的作用是及时地对学生在自学或合作学习中步入的误区进行纠正，及时对完成好的个人或小组给与肯定，随时解答学生在学习中提出的问题。帮助学生顺利完成学习任务，帮助学生拓宽知识视野。

三、指导学生用学习的知识解决相关问题

1.让学生先明确自己的任务和目的，从中理解和掌握知识。

2.在学习两个主要内容（凸透镜和凹透镜）时，通过学生活动（先画图，再做光路，然后实验验证，最后用所学知识解决问题）来完成。

3.最大限度地发挥学生的主动性和创造性，使学生的思维能力，观察能力和动手能力都获得很大程度的提高。

透镜设计篇10

关键词：可视电话 可视门铃 显像管电子枪 电子透镜

中图分类号：TD355 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（a）-0073-01

近些年来，随着经济社会的发展和人们生活水平的提高，在通话过程中能够看到对方越来越成了人们的需要。尤其是随着高层建筑物建造的数量越来越多，出于安全的考虑，人们普遍希望在与外界进行通话和联系的时候能够看到对面的面目。在这样的背景下，可视电话、可视门铃应运而生，必将成为人们消费的热点，有着巨大的市场潜力和广阔的发展前景。可视电话、可视门铃的体积小，这对显像管提出了更高的要求，显像管必须体积小，显像管电子枪也必须做得很短，这样才能满足可视电话、可视门铃的要求。为了适应市场的需要，满足可视电话、可视门铃生产的需要，我们根据实际情况，研制出了适合其显像管用的短电子枪。

1 可视电话、可视门铃用显像管电子枪的特点

显像管电子枪是可视电话、可视门铃的重要组成部分，对可视电话、可视门铃正常功能的发挥有着重要的作用。具体来说，它具有以下几个方面的特点。电子透镜长度较短，应小于26 mm；芯柱与调制极间的距离要缩短（4.5FS管子总高度应小于123 mm）；弹簧片长度要缩短；电子枪的主要参数（4.5英寸FS的CRT）：偏转角90 °；管颈直径20 mm；热丝电压12 V；热丝电流75 mA；加速电压300V；阳极电压8 kV；截止电压-18～-42V；聚焦电压0～300 V。

2 电子透镜的结构和工作原理

（1）电子透镜的结构。就其类型来看，短电子枪是静电聚焦、磁偏转三电位电子枪。阴极透镜由三个部分组成，包括阴极K、调制极M和加速极A1；预透镜由两个部分组成，包括加速极A1和聚焦极A2；主透镜由两个部分组成，包括聚焦极A2和阳极A3；阳极A3接高压，聚焦极A2很短而且膜孔很大，A3伸入A2圆筒内，改变A2上的聚焦电压，就可以改变透镜的焦距又可以同时把束张角也改变，这样得到的透镜焦距效果是最佳的。

（2）电子透镜的工作原理。从阴极可以发射面的任意一个点出发，以轴向初速度为零的电子形成一条主电子轨迹，该点发射的电子被阴极透镜会聚成很细的电子束。由阴极可以发射面无数发射点发射的电子，在阴极透镜场的作用下形成相应的电子束，叠加所有细电子束就汇成了总电子束。经过交叉截面平面以后，电子束又开始发散，由于在该区域仍然有透镜场存在，在他的影响下电子形成弯曲的电子轨迹，进入预透镜之前，把电子束轨迹反向延长，在Z轴的另一处得到一个虚的最小横截面。它是预透镜的物点。电子束经过主透镜场的聚焦作用成像于荧光屏上（像点），经聚焦的高速电子轰击荧光粉激发出符合要求的光点。

3 电子透镜结构设计

显像管电子枪的电子透镜长度应该小于26 mm，为了满足可视电话、可视门铃的需要，达到最佳的设计效果，在设计的时候，我们采用三电位型的结构。

（1）采用氧化物阴极。为了满足所需要的分辨率，而使得阴极负载并不重，调制极膜孔0.38 mm，而且膜孔周围是减薄的。加速极仍是0.67 mm的膜孔。聚焦极的膜孔有可能会比较大，他的长度要尽量短，有一端的边向外翻，另一端有冲大膜孔而留下的痕迹，这样所得到的机械强度才是最佳的。

（2）保证阴极透镜结构尺寸合适。我们要保证在参数指标的范围内，如聚焦电压等等，还需要使阴极透镜与聚焦透镜相互融合起来，只有这样，才能收到更好的设计效果，满足可视电话、可视门铃的需要。

（3）适当调整主透镜的结构尺寸。通过调整得到最合适的尺寸，让电子束聚焦在荧光屏上，这样就会让聚焦功能达到最佳状态。

4 试验结果与分析

将我们研制出的电子枪组装成了7只4.5英寸的黑白显像管，在热丝电压12 V，加速极电压300 V，阳极电压8kV的条件下进行测试，得出了测试结果，如表1所示。

通过分析上面的测试结果我们可以得知：热丝电流在75 mA±7 mA范围内是合格的。截止电压最大值为42 V，最小值为38 V，相差4 V，其一致性好；并且，其中心值及范围是可以变动的，他可以根据用户在工作中的需要而改变，具有相当的灵活性，这样就能够更好的满足用户的需要。聚焦电压在0～150 V，一致性也好，这就说明该工艺设计是合理的。显像管屏面至芯柱末端（排气后余管长度

5 结语

总之，显像管电子枪是可视电话、可视门铃的重要组成部分，对其功能的发挥起着巨大的作用，为了适应可视电话、可视门铃的实际需要，我们需要研制出短的、适合显像管需要的电子枪。文章通过理论分析、结构设计、试验对显像管电子枪的研制进行了探讨分析，实践表明，该方案是切实可行的，适应了可视电话、可视门铃生产的实际需要，今后在实际工作中值得进一步推广和运用。为了进一步优化设计，达到最佳的设计效果，满足市场发展的需求，今后在研发过程中，仍然可以优化电子透镜电极之间的距离。

参考文献

[1] 鲁开宏.可视电话与视像会议系统[J].电视技术，2000（2）.