2．光的三原色

有关“颜色之谜”的活动，内容丰富、充实，实验新颖，趣味性强。应让学生在自由的气氛中自主愉快地学习，在动手中认识科学概念。可以让学生用放大镜观察彩色电视的屏幕。学生会发现，电视屏幕上显现出的画面有丰富多彩的颜色，都是由红、绿、蓝三色光条合成的，教科书中图 4-8-7 展示的就是这种情境。在此基础上，介绍色光的三原色，有利于学生理解。

教学中，不要学生死记三原色光合成的图示(教科书图 4-8-6 )，而应让学生在探究的活动中去认识色光合成的效果，在实验活动中获得感性认识。如果条件允许，可以让学生到微机室用计算机来定量探究色光混合的规律，认识白、黑、灰和各种色光的三原色比例。具体操作如下：

启动计算机(安装 Windows 操作系统)，按以下程序点击：开始→程序→附件→画图→颜色→编辑颜色→自定义颜色。

在画图程序调色板上，有红( R )、绿( G )、蓝( U )三个表示光强弱的数据块，能在 0 - 255 范围内变化。调节红、绿、蓝三种颜色的强度，都达到 255 ，在颜色 / 纯色板中，观察三原色光混合后的颜色是白色。调节红、绿、蓝三种颜色的强度都到 0 ，观察三原色光混合后的颜色是黑色。调节红、绿、蓝三种颜色的强度，能观察到任意颜色。

这个实验不要求掌握，如果课上时间较紧张，也可在课下作安排。如果没有计算机，也可以通过彩色陀螺来认识色光的合成。

颜料的混合与色光的混合的规律不同。三原色色光混合后为白色，三原色颜料混合后为黑色。对颜料混合的探究在家庭实验室有简单介绍，可以请热爱绘画的学生讲一讲调色的问题，提高学生的学习兴趣。

另外，本册教科书的单色版(黑白版)，因为无法显示多种色彩变化，舍去了“太阳光谱”、“色光的三原色”和“各种颜色的颜料”三幅图。教师在教学过程中如涉及以上内容，可以通过相关资料予以展示。

2．物理欣赏

教科书提供了较大版面以及图片介绍望远镜和显微镜的各种类型以及观测效果。对于望远镜与显微镜的发展历史，教师可以给予一定的介绍，例如分别简单说明伽利略望远镜、开普勒折射望远镜以及牛顿反射望远镜的性能以及适用范围等，并且可以结合本册教科书第一章第一节中涉及的哈勃太空望远镜，说明望远镜的重要用途以及技术变革等。对于显微镜也可以作这样的简单介绍，如介绍从胡克发明的第一台显微镜到目前常用的显微镜(教科书图 4-7-10 )，进而到电子显微镜、扫描隧道显微镜的历史沿革等。在涉及的内容中，学生往往因为不了解这些望远镜的原理而产生疑问，可以让他们通过查询资料获取相关信息。

在对历史的回顾之后，可以让学生欣赏课文中的一系列图片，体会自然界的奇异与和谐，例如因为太远而肉眼无法观察到的月球上的环形山，因为太细微而无法感知的西瓜表皮上的绒毛等等。此外，可以比较肉眼和望远镜、显微镜这些仪器的分辨能力的差别，让学生体会科学技术扩展人类视觉的能力。正常人眼最多能分辨大约为 0.1mm 的细微物体，而扫描隧道显微镜可以看到直径数量级为 10-10m 的原子；人的正常视力(指小数视力 1.0 )能够在 5m 之外分辨边长约 7.3mm 的“ E ”字，而哈勃太空望远镜的“视力”是看到约 16 000km 外萤火虫发出的微光！以上这些比较都可以让学生意识到科技的无穷力量，意识到自然界是可以为人类所认识的，从而树立正确的世界观。

整个教学过程中，学生自主操作与自由分析始终是教学的中心，教师要把握好讲解的时间，让学生充分经历“动手做”的过程，同时引导他们“动脑想”，体会这些运用光学规律的仪器的应用价值与社会意义。

本节分为四个教学板块：(1)“做一架望远镜”的“动手做”实践活动；(2)欣赏宇宙空间图片以及对各种类型望远镜的了解；(3)“做一架显微镜”的“动手做”实践活动；(4)微观世界的图片欣赏。教学过程可以按照这四个板块的顺序依次进行。

1．“动手做”实践活动

本节包括两个“动手做”实践活动。教学中，教师应指导学生选择两个焦距不同的凸透镜和两个凹透镜。因为望远镜和显微镜对于许多学生而言是比较陌生而充满神秘感的，因此学生在得知本节课的内容后通常会产生较为浓厚的兴趣。

可以鼓励学生提出对望远镜与显微镜的一些疑惑，让全体学生进行交流与讨论，如果未得到解决，则可以让学生带着这些问题，进入动手操作阶段。因为这一操作比较简单，而且教科书中也提供了相关的指导，教师不必限定学生的操作规程，给予学生足够的自主空间。

在操作之前，可以强调实践活动过程中的注意事项。首先，透镜属于玻璃制品，为了防止落地而造成损坏，应该让学生在简易光具座上进行操作，并轻拿轻放，这样也利于使多个透镜光轴重合。其次，应禁止学生用手触摸透镜的玻璃表面，以免玷污，养成爱护实验器材的习惯。此外，要避免学生将调整好的“望远镜”直接对着太阳观察的现象发生。

在操作过程中，因为透镜比较多，可以鼓励学生做不同的尝试，包括采用两个凸透镜、一个凸透镜和一个凹透镜、两个凹透镜、多个透镜等多种组合，其中还可以对透镜焦距作选择，对观察方向作选择等等。在实现望远或者显微功能后，可以让学生改变两个透镜之间的距离，观察望远或显微效果的变化。

在各组学生都已经调整好自己的望远镜之后可以让学生们观察同一个物体，如在实验室的讲桌上立起一本书，让学生用望远镜观察上边的页码等等。这样的环节旨在增加学生的动手兴趣。在操作基本完成之后，让学生回顾自己的操作心得，总结出望远镜(显微镜)的基本组成，并回答动手做之前提出的问题。学生的回答往往是不完整的，教师应给予总结。但是，对于望远镜与显微镜的原理的剖析，已经超出课程标准要求的范畴，可以不做深究。

本节分为两个教学板块：(1)认识眼睛的结构和成像机理；(2)探究近视眼的成因，知道眼镜的作用。

眼睛成像是透镜成像规律的重要应用。照相机与眼睛有相似的结构，自制照相机，能使学生对利用凸透镜成缩小的实像有较直观、深刻的印象。因此，对眼睛成像的认识，可以从自制照相机开始。通过生理学中的眼模型或课件，将生理眼抽象成简化眼模型。将自制照相机与简化眼对比，使学生认识到眼睛可以看成是精巧的照相机，眼球中的角膜和晶状体的共同作用，相当于一个“凸透镜”，视网膜相当于照相机的底片。从物体发出的光线经过人眼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。这些眼睛成像的基本原理，务必使学生理解透彻。

在这部分内容中，角膜与晶状体的共同作用形成了一个凸透镜，这里涉及了透镜组的问题，学生可能产生疑问，因在前一节中已经学习了关于凸透镜成像的规律，故教师可以向学生说明“等效”的物理思想，把这个问题留给学生思考，不必做过多纠缠。

有的学生可能会问：眼睛在视网膜上成的像是一个倒立的实像，但是人的感觉却是正立的，这是为什么 ? 这个问题不能用光学成像原理来解释。这是人类神经中枢作用的结果，人们的感觉永远是正立的实像。

研究照相机可以使我们认识眼睛是怎样成像的。反过来，科技工作者们对眼睛结构的进一步研究，又促进了照相机的不断发展，特别是变焦照相机的出现，是仿生学的一个重要典范。

眼睛与传统照相机的比较：

对近视眼成因的探究，是这节内容的难点。实验探究中，应突出以下思维过程。

①近视镜与凸透镜组合，确定近视眼视网膜的位置；

②拿开眼镜，光屏上的像变模糊，表示是近视眼看物体的情形；

③向透镜移动光屏，再次成清晰的像，是近视眼实际成像的位置；

④从物体发出的光线经过近视眼的凸透镜后会聚在视网膜的前面；

⑤利用凹透镜能使光线发散的特点，在眼睛前放一个凹透镜，能使从物体发出的光线会聚在视网膜上。

此探究过程还可以再作展开，增加一些环节，如可以在②与③之间，保持光屏与透镜位置不动，移动蜡烛，使之在光屏上成清晰的像，此时的蜡烛位置表示拿开眼镜的近视眼能够看清楚物体的位置。

明白了近视眼的成因，应向学生介绍一些眼保健知识(如眼睛保健操等)，还应在课下走向社会，进行一些近视眼方面的调查，使学生认识眼保健的重要性。

对于远视眼的介绍可以采用与近视眼成因类比的方式，并让学生知道为什么远视眼需要佩戴凸透镜。

2．实验探究中应注意几点

(1)对“凸透镜成像的规律”的探究课题是在一定情境中提出的，教材中的情境只是其中的一个方案。教师亦可以在教室里让学生观察明亮的窗户在纸上成的像(图4-5-1)，学生即席就可以做此实验，这是学生事先不容易想到的，会激起学生很大兴趣，适时引导学生讨论，提出问题、猜想和假设，经历提出问题和猜想的过程。

(2)实验前应使学生明白用什么实验装置和怎样去研究，做好探究计划。进行实验，探究规律的过程，是以旁批里的提示为路标的指导下进行的。在收集数据中，提示1指出，实验数据应分三个范围采集，每个范围至少有两组数据。提示 2 中，对实像、虚像从能量角度进行了诠释。对虚像的认识，可能有一定难度，老师可以引导学生结合平面镜所成的虚像来理解。完成实验数据的采集活动后，可引导学生作初步总结。因涉及像的虚实、大小和倒正，头绪较多，现象纷繁，学生不易梳理清楚。应允许学生的总结片面、不完整。

(3)在探究活动的最后，教科书要求学生将蜡烛从很远的地方逐渐向凸透镜靠近，观察这个过程中像的变化。这个过程，不是对前面实验的简单重复，突出了从局部到整体、从静态到动态的认识过程，给学生一个动态的、全景式的图景。在此，教师要引导学生注意过程中像变化的两个分界点：蜡烛放在2倍焦距处和1倍焦距处。

将蜡烛放在2倍焦距处，像是怎样的？教师要引导学生通过推理来分析，突出理性思维的作用。

(4)对透镜成像的应用，教科书有意识地介绍了学生发明的手电筒投影仪。在“家庭实验室”，让学生制作了“有凸透镜的照相机”。要鼓励学生应用所学知识进行小发明、小制作，培养学生的创造能力。

本节分为两个教学板块：(1)了解透镜的种类，认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用；(2)探究凸透镜成像的规律，了解凸透镜的一些应用。本节内容较多，分两个课时完成。

1．实验探究过程设计

(1)认识透镜

这部分教学需要1个课时。

教科书从学生较为熟悉的凡尔纳小说入手，介绍了透镜的种类。并通过“博士”用冰取火的描述，引入了焦点和焦距的概念。需要强调，教科书中将焦点定义为平行光能量的聚集点，突出了焦点的实质。如果阳光充足，应该组织学生到教室外，找一找透镜的焦点，实际测一测凸透镜的焦距，经历焦点和焦距概念的建立过程。

用冰取火的故事有很多版本，介绍中国古代的“冰燧取火”，有利于增强学生的民族自豪感。

“透镜对光的作用”的演示实验设计很巧妙，特别是用手电筒产生平行光，通过烟雾来显示光路，把光束立体化，能够从前后左右不同方向，三维显示透镜对光束的作用。对实验进行总结，得出“凸透镜对光有会聚作用；凹透镜对光有发散作用”的结论。

这个具体形象的全景演示实验，有利于培养学生的空间想像力，为学生认识凸透镜成像留下了形象思维与逻辑思维的实物基础。在这个实验的基础上，教师应引导学生将光束抽象成光线，用图4-5-5来描述透镜对光的作用。

对凸透镜成像的原理，教学中不要求深入介绍，对主光轴、光心等概念也无需定义。只要求通过对图4-5-6的分析，知道透镜成像是由透镜折射光线形成的。

(2)探究凸透镜成像的规律

完成这个探究需要1个课时。

关于凸透镜的成像规律，既有过程性要求，又有终结性要求，即学生要经历实验探究的学习过程，同时也要知道这个规律，并了解这个规律在实际中的应用。

这是一个有明确步骤的指导型探究，实验的步骤较详细，实验过程的指导较为具体，要让学生体验科学探究的全过程，在探究过程中演练科学研究方法，形成正确的结论。

2．关于折射的奇异现象

小猫叉鱼问题趣味性较强，可以用实验模拟。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。对此问题的进一步探究可引出对折射光路可逆性的讨论。

光路的可逆性也可通过实验来验证，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。

对折射的奇异现象，要求学生领略物理现象的奇异、美妙，获得对自然现象的热爱、亲近的情感。用光的折射解释教科书所提供的物理现象对初中学生而言比较困难，因此只要求学生能知道这些现象是由于光的折射造成的，不必要求学生都能够进行解释。

本节分为三个教学板块：(1)通过实验探究，认识和归纳光的折射规律；(2)通过体验由折射引起的错觉，认识光路的可逆性；(3)通过欣赏奇异的折射现象，学习用光的折射规律解释有关的简单折射现象。

1．实验探究过程设计

首先让学生观看海市蜃楼的图片(教科书图4-4-1)或视频，引起学生的学习兴趣。然后通过观察教科书中图4-4-2的实验现象引入课题，从而激发学生的思维，引发学生思考。

用实验演示光从空气射入水中的折射现象时，教师应引导学生从实验现象抽象出光的折射示意图，最后画出光路图，由此认识入射点、入射光线、折射光线、法线、入射角、反射角等，为进一步探究光的折射规律做准备。有许多学生认为反射现象和折射现象二者不会同时发生，但事实上常常是反射和折射同时发生。借助这个演示实验，要澄清学生的模糊认识。

实验探究中，应先介绍实验装置：激光光源、玻璃砖等。让学生猜想，一束光射到玻璃砖平面上，进入玻璃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？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，注意观察玻璃中折射光线的方向怎样改变，记录光路。实验中如何记录光路，对学生是一个难点。教师应引导学生由发光点、入射点、从玻璃的出射点来确定光路。最后，让学生总结出光从空气斜射入玻璃中时的折射规律。

由于教科书面对的是刚刚接触物理的初中生，所以在这里仅仅要求学生通过自己的实验和观察得到一些有关折射现象的感性规律：“折射光线与入射光线、法线在同一平面内；折射光线和入射光线分居法线两侧；光从空气斜射入玻璃中或其他介质中时，折射光线靠近法线，折射角小于入射角。”事实上，在真正的科学发展历程上，人们对折射现象的认识，尤其是对折射现象的理性化认识经历了一个十分漫长和参与者众多的过程。折射定律的得来，更是集聚了无数位科学大师的智慧，折射出了大师们动人的科学精神和聪慧的科学方法。我们建议，学生探究活动后，可以适当介绍折射定律的一些科学史料，在一定的程度上可以深化学生对“科学发展的艰辛和曲折”的体会和感悟。

3．平面镜成像的一些应用

平面镜的应用比较广泛，教师可以引导学生对身边的事物进行观察，讨论一些平面镜成像的应用，例如水面倒影。也可以作为课后的活动，让学生调查生活中平面镜的使用等问题，或搞一些小发明、小魔术如万花筒等。