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<<綜合實(shí)踐活動(dòng)：探究樹蔭下的光斑>>研學(xué)案
學(xué)校： 設(shè)計(jì)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間：
【課題】
<<綜合實(shí)踐活動(dòng)：探究樹蔭下的光斑>>
【教學(xué)目標(biāo)】
1.通過仔細(xì)觀察樹蔭下的光斑，描述觀察到的現(xiàn)象，積極思考，發(fā)現(xiàn)并提出可探究的問題培養(yǎng)在對(duì)自然現(xiàn)象的觀察中發(fā)現(xiàn)問題意識(shí)和能力。
2.體驗(yàn)探究樹蔭下光斑的過程，能針對(duì)問題提出猜想，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，有控制變量的意識(shí)并能用已學(xué)知識(shí)論證結(jié)果。
【教學(xué)重點(diǎn)】
探究樹蔭下光斑的過程
【教學(xué)難點(diǎn)】
探究過程的設(shè)計(jì)
【教法學(xué)法】
觀察法、實(shí)驗(yàn)法、科學(xué)探究法等
【教學(xué)器材】
有不同孔的卡片、光屏、照相機(jī)、直尺
【教學(xué)過程】
一、新課導(dǎo)入
由“①小孔成像的原理是什么？②小孔成像中所成像是什么性質(zhì)？”兩個(gè)問題引出新問題。
二、探究過程（活動(dòng)方案）
發(fā)現(xiàn)問題：晴天的正午，從樹蔭下走過，你會(huì)看到地面上有一些光斑，如圖所示
仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，有些光斑形狀不規(guī)則，還有一些光斑是圓形的，這些圓形光斑的亮度較暗。那么樹蔭下的光斑的形狀和亮度與哪些因素有關(guān)呢？
提出猜想：
光斑的形狀與樹葉間的縫隙的形狀有關(guān)。
光斑的形狀與樹葉間縫隙的大小有關(guān)。
光斑的形狀與樹葉間的縫隙到地面的距離有關(guān)。
光斑的亮度與樹葉間縫隙的大小有關(guān)。
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
在卡片制作不同形狀、不同大小的孔。卡片1帶有孔的尺寸都為1cm的四個(gè)小孔（正方形、三角形、菱形、圓形），卡片2帶有孔的尺寸都為3mm的四個(gè)小孔（正方形、三角形、菱形、圓形），卡片3帶有一個(gè)孔的尺寸為3mm的正方形小孔，卡片4帶有三個(gè)孔的尺寸依次為1mm、2mm、3mm的正方形小孔。
收集證據(jù)
針對(duì)猜想1和2進(jìn)行探究，控制孔到地面的距離一定，讓太陽(yáng)光透過大小相近（孔的尺寸較大），形狀不同的卡片1上的四個(gè)透光孔，觀察光斑的形狀和亮度。拍照并進(jìn)行記錄。
小孔的形狀 正方形 三角形 菱形 圓形
光斑的形狀 正方形 三角形 菱形 圓形
光斑的亮度 通過四個(gè)小孔的光斑的亮度基本相同，均較亮
注：孔的尺寸都為1cm，置于白紙上方1m處
表1
控制孔到地面的距離一定，讓太陽(yáng)光透過大小相近（孔的尺寸較小），形狀不同的卡片2上的四個(gè)透光孔，觀察光斑的形狀和亮度。拍照并進(jìn)行記錄。
表2
小孔的形狀 正方形 三角形 菱形 圓形
光斑的形狀 圓形 圓形 圓形 圓形
光斑的亮度 通過四個(gè)小孔的光斑的亮度基本相同，均較暗
注：孔的尺寸都為3mm，置于白紙上方1m處
控制孔的大小、形狀不變，改變孔到地面的距離，讓太陽(yáng)光透過卡片3上孔的尺寸為3mm的正方形小孔，觀察光斑的形狀和亮度。拍照并記錄
表3
孔到地面的距離 1m 0.5m 0.1m
光斑的形狀 圓形 近似正方形 正方形
光斑的亮度 光斑的亮度基本相同，均較暗
注：小孔形狀均為正方形，孔的尺寸為3mm，置于白紙上方1m處逐漸靠近地面
控制孔到地面的距離一定，讓太陽(yáng)光透過大小不同，形狀相同的卡片4上的透光孔，觀察光斑的形狀和亮度。拍照片并進(jìn)行記錄。
小孔的尺寸 3mm 2mm 1mm
光斑的形狀 圓形 較暗，近似圓形 很暗，看不清形狀
光斑的亮度 隨著孔的尺寸的減小，光斑的亮度逐漸變暗
注：小孔形狀均為正方形，孔的尺寸依次為3mm、2mm、1mm，置于白紙上方1m處
表4
分析論證
表1初步結(jié)論：光斑形狀與孔的形狀相似。
表2初步結(jié)論：光斑形狀近似為圓形。
表1和表2綜合結(jié)論：光斑的形狀是由孔的大小決定的。通過小孔形成的光斑與孔的形狀無(wú)關(guān)，通過大孔形成的光斑是由于卡片不透光部分在光屏上形成了影子。光斑的亮度是由孔的大小決定的，通過小孔形成的光斑由于進(jìn)光量的減少而使像變暗。
表3初步結(jié)論：距離光屏越近，光斑形狀與孔的形狀越相似。
表4初步結(jié)論：小孔成像并非孔越小越好，因?yàn)橄裉担床磺濉?br/>表3和表4綜合結(jié)論：光斑的形狀與小孔到地面的距離有關(guān)。當(dāng)小孔到地面的距離較小時(shí)，光屏上出現(xiàn)的是與小孔形狀相同的光斑；當(dāng)距離足夠大時(shí)大孔所形成的亮斑也為圓形。光斑的亮度是由孔的大小決定的。
交流與小結(jié)
總體結(jié)論：由于太陽(yáng)到地球的距離無(wú)法改變，所以樹蔭下的光斑形狀和亮度主要受到兩個(gè)因素影響，即樹葉間縫隙的大小和樹葉間縫隙到地面的距離。不管光斑是不是像，都是由于光沿直線傳播形成的。
三、課后作業(yè)；
1.如圖1所示為“小孔成像”的示意圖，該現(xiàn)象可以用_________來(lái)解釋；若小孔與火焰和光屏的距離分別為1m和2m，火焰正對(duì)小孔的橫切面積S，則火焰在光屏上像的面積為　_____。
(
圖1
)
2.2012月5月21日早晨，臺(tái)州地區(qū)天空出現(xiàn)了難得一見的日偏食景象（如圖2）。此時(shí)，小明同學(xué)將太陽(yáng)光垂直照射在紙板一個(gè)很小的“△”形孔上，那么在地面形成的光斑是（　　）
(
圖2
)
A.“▽”形 B．形 C．“○”方形 D．“△”形
3.下表是小明同學(xué)在卡片上挖孔所做的研究太陽(yáng)的小孔出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)記錄。小明和他的同學(xué)分析下表的結(jié)果，得出一些結(jié)論，請(qǐng)你幫他補(bǔ)充完整。
小孔的形狀 □ ○ △
小孔的尺寸/ｍｍ 1 5 10 1 5 10 1 5 10
地面光斑形狀 小孔距地10cm □ □ □ ○ ○ ○ △ △ △
小孔距地20cm ○ □ □ ○ ○ ○ ○ △ △
小孔距地40cm ○ □ □ ○ ○ ○ ○ △ △
小孔距地80cm ○ ○ □ ○ ○ ○ ○ ○ △
小孔距地120cm ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
小孔距地200cm ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
(1)小孔成像是由于______形成的．
（2）由于太陽(yáng)距我們很遠(yuǎn)，到達(dá)地面的光線幾乎平行，所以，當(dāng)小孔到地面的距離足夠小時(shí)，地面上的光斑與小孔的形狀是一致的，這不是太陽(yáng)的像．要使太陽(yáng)通過小孔成像，必須注意小孔的大小和小孔到地面的距離，當(dāng)小孔到地面的距離一定時(shí)，小孔越______ （填“大”或“小”），地面上就越容易得到太陽(yáng)的像．
（3）小明另使用形狀為“☆”的小孔來(lái)研究太陽(yáng)的小孔成像，當(dāng)小孔距地面40cm時(shí)，地面上的光斑為“☆”，則小孔距地面10cm時(shí)，地面上的光斑形狀為______：
A．○ B．☆ C．□ D．△
(4）如上表所示，當(dāng)小孔的尺寸為5mm，小孔距地80cm時(shí)，用一張卡片覆蓋在△孔上（相當(dāng)于把孔變小），遮住孔的一部分，讓太陽(yáng)光透過小孔，與不遮住小孔相比，光斑的形狀______（選填“變化”或“不變”），亮度______（選填“變亮”、“變暗”或“不變”）．
4.探究樹蔭下光斑的綜合實(shí)踐活動(dòng)中，
（1）為了研究孔的大小對(duì)光斑形狀的影響，小華設(shè)計(jì)了四種開有不同形狀孔的卡片甲，并用另一張卡片乙覆蓋在甲上，如圖所示．接著，從圖示位置沿箭頭方向水平移動(dòng)乙，觀察光斑形狀的變化情況．下列合乎要求的是______．
（2）小華在研究距離的大小對(duì)光斑形狀的影響時(shí)，用開有尺寸大小為1厘米的菱形孔的卡片甲對(duì)著太陽(yáng)，當(dāng)卡片距地面30厘米時(shí)，光斑呈______形，將卡片逐漸遠(yuǎn)離地面時(shí)，光斑逐漸變______（選填“亮”或“暗”），到1米以上時(shí)，光斑逐漸呈______形．
5.學(xué)習(xí)了光學(xué)知識(shí)后，愛動(dòng)腦筋的小明和小紅想自己探究小孔成像現(xiàn)象．如圖所示，他們給兩個(gè)空罐的底部中央分別打上一個(gè)圓孔和一個(gè)方孔，再用兩片半透明的塑料膜蒙在空罐的口上．分別將小孔對(duì)著燭焰和燈絲，可以看到燭焰和燈絲通過小孔所成的像．
（1）甲圖中點(diǎn)燃的蠟燭距小孔20cm，它成像在距小孔15cm，則半透明膜上的像是（ ）
A．倒立、放大的虛像 B．正立、縮小的虛像 C．倒立、縮小的實(shí)像 D．正立、放大的實(shí)像
（2）由甲、乙兩圖可知實(shí)驗(yàn)是在研究小孔成像與____________的關(guān)系．
（3）分析比較___和___兩圖，可以得出小孔成像與物體的形狀有關(guān)；
（4）小明和小紅明白了：樹蔭下的圓形光斑（如圖所示）就是________通過樹葉間的小孔在地面上形成的像．
（5）小明和小紅還聯(lián)想到：
在太陽(yáng)光或者日光燈下， 如果擋住了光的去路，地面上就會(huì)形成影子．細(xì)心的小明進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在日光燈下的影子灰蒙蒙一片，一點(diǎn)也不清楚，特別是處處裝點(diǎn)著電燈的大廳里，人和物的影子就更是模糊不清了．這是為什么呢？小明去問物理老師，老師拿出幾根蠟燭、一個(gè)圓柱形鐵塊，讓小明做了如下實(shí)驗(yàn)：
①木塊放在桌子上，旁邊點(diǎn)上一只蠟燭．觀察鐵塊的影子．（如圖a）
②在旁邊再點(diǎn)上一只蠟燭，觀察鐵塊的影子（如圖b）
③繼續(xù)在鐵塊旁邊點(diǎn)蠟燭，直到將蠟燭圍滿鐵塊四周，觀察鐵塊的影子（如圖c和d）
小明發(fā)現(xiàn)，蠟燭影子越來(lái)越_____（填“深”或“淺”），這時(shí)他又比較了一下白熾燈和日光燈，看到白熾燈的燈絲很集中，而日光燈的燈管卻很長(zhǎng)，他想了一會(huì)后，高興的說：“老師，我明白了！”
請(qǐng)你替小明回答：原來(lái)不透明物體的周圍，若四周都有光源，就__________．生活中的______（填一種應(yīng)用）就運(yùn)用這一結(jié)論．
參考答案：
1.光的直線傳播 4S 2.B
3.（1）光的直線傳播；（2）小；（3）B．（4）不變 變暗
4.（1）A；
菱；暗；圓．
5.（1）C （2）孔的形狀 （3）甲 丙 （4）太陽(yáng) （5）淺、就不會(huì)形成影子、無(wú)影燈;

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