凸透镜成像教学反思

凸透镜成像教学反思（精选15篇）

凸透镜成像教学反思 篇1

讲完《凸透镜成像》这节课，主要存在以下几点体会:

（1）对教材进行灵活处理,在备课时对教材进行了重新整合。教材的安排是讲完《透镜》之后，再讲《生活中的透镜》，最后才讲《凸透镜成像规律》。考虑到讲照相机、投影仪、放大镜的知识都要用到凸透镜的成像规律，因此，我在讲完《透镜》后，直接先学《凸透镜成像规律》，然后再讲《生活中的透镜》，这样，学生的理解会更深刻一些。

（2）处理好探究与知识落实的结合。探究实验仅仅是学生掌握知识和提高能力的手段。本节课的关键是凸透镜成像规律的得出，在实验结束得出实验数据之后，关键是对数据的处理，我在讲课时领着学生将实验数据分成三部分，一部分是物体放在二倍焦距之处，一部分是物体在一倍焦距和二倍焦距之间，第三部分是放在焦点之内，并且把实验数据结合着成像进行讲解，降低了学生认知的难度，符合了学生的认知规律。

凸透镜成像教学反思 篇2

关键词：凸透镜,烛焰的厚度,成像

《探究凸透镜成像的规律》实验是初中物理实验教学中的重点, 而实验的完成情况则会影响到凸透镜成像规律能否正确得出, 进而对凸透镜成像规律的应用教学带来影响。一直以来《凸透镜成像规律》的实验教学沿用传统的实验方法, 即用蜡烛作为实验光源, 不利于实验结论的得出。笔者对此进行了一些改进, 使之简单易做, 且更加符合学生的认识过程。

一、问题及困难

凸透镜成像的规律中, 有两个关键点, 根据初中物理几何光学光路作图可知:

1. 当u=2f时, 成倒立、等大的实像, 此时v=2f (如图1) 。

2. 当u=f时, 不成像 (如图2) 。

但在实际实验中, 利用蜡烛、凸透镜、光屏以及光具座等实验器材探究凸透镜成像规律时, 却很难得到如上所述的两个关键点的成像情况, 除了测量误差这个因素之外, 更重要的原因就是实验中作为光源的烛焰自身沿主光轴方向存在一定的厚度, 且容易晃动, 大小不定, 无法利用刻度尺对像与物的大小进行定量测量, 所以会出现如下的问题:

(1) 当u=2f时, 像与物的大小无法进行比较。

由于烛焰存在一定的厚度, 我们可以设想把烛焰沿垂直于主光轴所在的平面分成两个部分, 此时各部分烛焰成像情况如下:在2f点外侧的烛焰, 成倒立、缩小的实像;在2f点内侧的烛焰, 成倒立、放大的实像, 恰好在2f点上的烛焰, 成倒立、等大的实像;最后在光屏上叠加后的效果是一个模糊的烛焰像。再加上烛焰的晃动, 根本无法使用刻度尺对像与物的大小进行定量测量, 学生只能凭眼睛观察比较, 就会得到缩小、等大和放大的实像这三种情况。此时v≠2f, 左、右偏差约1cm;已经不能用误差来解释了。

(2) 当u=f时, 会得出成像的错误结论。

同样是因为烛焰的厚度, 假如将立体的烛焰沿竖直方向分成若干烛焰平面, 那么, 实验中处于焦点平面上的烛焰经过凸透镜折射后不会成像, 在光屏上形成一片亮光;而处于焦点外侧的诸多烛焰平面, 由于距离凸透镜的远近不同, 即物距不同, 当一个烛焰平面在光屏上形成较为清晰的像后, 其他各烛焰平面在光屏上形成的像就会模糊, 彼此之间会造成一定的影响, 最终光屏上能看到一片亮光中有一个倒立、放大的模糊的实像。同样的道理, 当观察者站在光屏一侧透过凸透镜观察时, 处于凸透镜焦点内侧的半个烛焰, 经过凸透镜折射后形成了正立、放大的模糊虚像。所以学生会误认为当u=f时, 可以成像, 对学生的探究过程带来影响。

二、改进措施

通过上述分析, 问题的症结所在已经很清楚了, 由于烛焰的厚度影响了成像清晰度, 烛焰的晃动和大小的变化, 影响了像与物大小的测量和比较, 以及烛焰的形状影响了对像与物左右相反的判断, 针对这些, 在实验中只需用平面图案来代替立体的烛焰就可以较好地解决问题。

解决问题最简单的方法是在硬纸板上刻上不对称的镂空图案 (如英文字母“F”) , 固定在光具座的滑块上, 并用强光 (如手电筒、台灯等) 照射, 来代替蜡烛烛焰。

改进后的优点:

1.改用平面图案后, 当u=2f时, 由于物和像都是静止的, 避免了由于蜡烛燃烧变短、烛焰晃动等因素给实验带来的不利影响, 使光屏上所成的像更加清晰、稳定, 也方便通过测量来比较像与物的大小关系。另外, 像距的误差也变小了。u=2f时的成像规律一直是学生实验中的难点, 现在可以放手给学生独立完成。

2.由于是不对称静物成像, 不仅能直观地观察到像与物是否上下颠倒, 而且还能观察到像与物是否左右相反。学生普遍认为凸透镜成实像时, 仅仅上下颠倒, 改进后很好地纠正了这一错误认知, 并为后面投影仪工作原理的教学做了铺垫。

3.图案由学生课后自己完成, 可根据自己的心意随便制作, 这样在实验中不仅可以增加实验的乐趣, 还能提高学生学习物理的兴趣。

4.当u=f时, 移动光屏或透过凸透镜都观察不到像, 学生也不会出现有关成像的误判。

凸透镜成像教学反思 篇3

【关键词】凸透镜成像 实验教学 实验反思

物理实验是初中物理学科的重要组成部分，随着新课标的推广及实施，越来越多的物理教学者加强了实验教学的力度，希望学生的“动手、动眼、动脑”能力在物理实验中得到充分的训练和提高，但结果往往达不到预期。我认为这是由于在大多数实验中缺少了“实验反思”这一重要部分。那么，如何指导学生进行实验反思呢？反思又会使学生有什么样新的收获呢？

一、对“探究凸透镜成像的规律”的实验教学过程反思

在“探究凸透镜成像的规律”的实验教学中，我在该实验的基础上加入了“反思教学”，激发学生自身的潜力，结果表明，收获到的效果远远超出了预料。

1 对实验前课程导入的反思。对于新的知识，学生们都会很陌生，这样教学效果肯定会大打折扣，那么在开展实验之前如何对学生进行有效地引导呢？首先我安排了几个小的活动，引导学生用凸透镜将景物成像在白纸上，激发学生对凸透镜成像探究的兴趣。之后进行了凸透镜成像的预实验，探索了凸透镜的成像，像的放大与缩小以及蜡烛到凸透镜的距离引起的像的变化等问题。通过这些活动的开展，使学生们对凸透镜成像进行积极地思考，为之后的实验教学打下坚实的基础。

2 对实验设计的反思。在探究凸透镜成像实验过程中，传统的实验方案是规定好物距和范围，学生只能在规定的范围内进行探究，我觉得这样的实验设计限制了学生的思维。因此我借鉴、吸收同行的经验，事先规定物距值，引导学生找出最清晰、明亮的像的位置，实验过程中注意观察像的变化，使学生更加主动、积极地进行实验探究。同时我将学生进行分组，进行多组实验，采集多组数据，引导学生运用一些科学的方法，如控制变量法探究物距与像之间的关系。提醒学生注意观察实验现象和需要记录的数据，引导学生设计出如下的表格：

物距u/cm 成像特点

像距v.cm 正、倒

大、小 需、实

3 对实验规律的反思。在完成了对凸透镜成像规律的初步探究后，学生们结合所学的物距u、像距v、一倍焦距f和两倍焦距2f以及虚像实像等知识点，对得出的几组实验数据进行分析总结出了凸透镜成像的规律：

（1）当u>2f时，f

f2）当f2f，成倒立、放大的实像

（3）当u

我继续引导同学们在课后分组自主实验的基础上对得出的规律进行反思，反思我们得出的规律能否改变？可否添加或精简？

分组探究结果如下：

分组：我们组对凸透镜成像规律作了适当的简化

①当u>v时，所成像为倒立、缩小的实像

②当uf，所成像为倒立、放大的实像

若u

分组2：我们组在对数据进行分析时，发现当像的特点、性质发生变化时，对应的物距必定有一个特殊的转折点，如：当u>2时，成倒立缩小的实像，当ff时，成倒立的实像，当u

二、课后教师反思

1 由于初二学生接触物理不久，对世界的认知大多还处于感性状态，因此我设计了几个小活动，从生活走向物理，激发了学生的兴趣，为接下去的实验教学打好了基础。但是由于课堂时间有限，学生对知识的认识和掌握必然会浮于表面，因此可以在课后继续对学生开放实验室，让他们自主进行实验探究，这样不仅进一步巩固实验教学成果，也能积极发挥学生的主观能动性，一举多得。

2 凸透镜成像规律是一个比较难掌握的物理知识点，很多学生可以迅速掌握成像规律，但是却不能够根据成像原理对具体的习题和实验进行分析和操作。在后续的课堂实践过程中，应当加强学生在掌握基本成像规律的基础上，形成独立思考和解决问题的能力。

3 在实验过程中，我注意到有些学生对实验现象的记录不准确或者不全面，而实验记录对探究规律的形成又起着非常关键的作用，因此在今后的教学过程中，要注意引导学生对实验现象进行准确、全面的记录和表达。

凸透镜成像教学反思 篇4

本设计一开始用自制的大型简易照相机拍照导入，激起了学生强烈的好奇；然后让学生用凸透镜观察周围同学和书本上的字，从而发现和提出问题；提出问题后接着猜想，然后用实验进行科学探究。整个设计引导学生积极参与并自主学习，让学生经历了比较完整的探究过程，充分体现了课改的理念和要求。学生实验中安排一半同学探究成缩小实像的情况，另一半同学探究放大的实像，这样可以在一节课内确保完成教学中的重点和难点。

本设计充分发挥信息技术在数据处理方面的优势，充分利用了信息技术手段的先进性和不可替代性。同学们把实验获得的成缩小实像的数据输入数据处理课件，屏幕上即显示出物和像的位置与大小。同学们再把获得的成放大实像的数据输入数据处理课件，屏幕上又立即显示出对应的物和像的位置与大小。而且每组数据的物与像都用不同的颜色予以对应和区别。利用Excel数据处理软件得到的凸透镜成像数据图表很直观，学生根据这个直观的图表，很容易得出凸透镜成像的基本规律。这样物距、像距和1倍、2倍焦距之间的关系就比较明了，便于学生很快发现和总结出物、像、一倍焦距、二倍焦距之间的关系。这样设计有利于促进教学重点难点的突破。教学重点就这样解决了，教学难点就这样突破了，且效率较高。

回顾整个教学过程发现该教学设计安排得较紧凑，留有的机动时间较少，因此一节课内的节奏就比较快，学生的知识准备、探究、思考、巩固就不太充分，要全部完成教学目标也会很紧张。另外，本节课中涉及到的物理概念多：物距、像距、焦距、光屏、烛心、成像性质、实像、虚像、正立、倒立、放大、缩小、左右颠倒、成像规律等，因此实验探究过程中反映出的问题比较多，学生在一节课内完成任务有些难度。

凸透镜成像教学反思 篇5

一、知识与技能

1．探究凸透镜成像的规律。

2．认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用。

二、体验性目标

1．经历：观察凸透镜的成像过程，能在观察的过程中发现一些问题。

2．反应：能在经历的基础上表达感受（能简单描述所观察现象的主要特征）。

3．领悟：初步形成爱科学的态度、愿意探究的精神、与他人协作的意识、勇于创新的精神等。

实验器材

凸透镜、光具座、蜡烛、火柴。

教学过程

一、创设情景，引入新课

从生活实际提出问题，激起学生的探究欲。让学生从生活走向物理。

（一）用手摸近视眼镜和老花镜，比较他们有什么不同？

（二）将一个透明的玻璃杯装满水（或用矿泉水瓶装满睡），将手指放在一侧，从另一侧观察手指，手指有什么变化。

（三）玩小水珠：把透明胶片放到课本上面，用手指在透明胶片上滴一个水珠，观察小水珠下面的字。揭秘“小水珠”并进行设问：（提问时有一定的梯度，体现了层层推进）

你玩过凸透镜吗？能介绍一下你以前是怎么玩的吗？还有别的玩法吗？

（四）演示：用投影仪把细小的灯丝投影在天花板（墙壁）上。让学生观察灯丝的像与灯丝相比怎样？

演示：灯丝开口向下，在像上开口怎样？

演示：灯丝开口向上，在像上开口又怎样？成什么样的像，1．如何区别像的正立、倒立？

什么情况像明亮、清晰？

2．怎样区别实像和虚像？

像与原物相比有什么特点，3．像的放大、缩小是什么意思？

学生思考回答：实像是由实际光线会聚而成的像，能用光屏承接；虚像不是由实际光线会聚而形成的，无法用光屏承接。

像的正立、倒立是指像的上下位置，与物体的上下位置比较是否颠倒。

“放大”、“缩小”指像与物比较的结果。

“变大”、“变小”指像本身的变化情况。

4．什么是物距、像距？灯丝到凸透镜的距离叫物距；像到凸透镜的距离叫像距。

（五）设问：使用凸透镜产生这么多的现象，所成的像有哪些特点？成像的条件是什么呢？能猜想一下吗？

凸透镜所成的像可能与物体的位置有关，我们这节课就用实验来探究凸透镜成像的规律。

二、进行实验

（一）出示课题并板书

探究凸透镜成像的规律

（二）让学生观察实验器材，在教师指导下自己动手组装、摆放、调整器材。

1．观察实验装置

让学生观察说明光具座主要组成部件。

2．学生在教师指导下对实验器材进行组装、摆放、调整。

探究按照凸透镜成像的规律如何组装实验器材？

摆放顺序可以从左到有依次为蜡烛、凸透镜、光屏，也可从右到左依次为蜡烛、凸透镜、光屏。

使蜡烛、凸透镜、光屏放在同一直线上。

调整它们的高度，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度。

固定凸透镜，移动蜡烛和光屏进行观察实验。

固定蜡烛，移动凸透镜、光屏进行观察实验。……

3．设问：什么是物距（u）、像距（v）、焦距（f）？

学生对照光具座回答：物距是物体到凸透镜光心的距离；像距是像到凸透镜光心的距离；焦距是焦点到凸透镜光心的距离。

（三）学生根据实验要求和实验器材，设计实验方案及进行相关记录。

学生可采用不同的摆放顺序、不同的移动对象来设计方案进行实验，如：

摆放顺序从左到右依次为蜡烛、凸透镜、光屏。

设问：如何使物体的像呈现在光屏上？

引导学生回答调整物体到凸透镜的距离。

设问：移动凸透镜或蜡烛，作用是否相同？

让学生明确：作用是相同的，都是改变烛焰到凸透镜的距离。

注意：移动光屏观察成像时，要保证屏上出现明亮、清晰的烛焰的像。

继续设问：根据设计方案需要记录哪些物理量及像的哪些特点？

启发学生明确要记录：物距、像距；像的性质（放大、缩小，倒立、正立，虚、实）……

（四）学生实验

1．出示实验要求：

①多次实验，观察物体的成像。

②记录每次看到明亮、清晰的烛焰的像时，像的特点及成像时的物距和像距。

③记录其他方面的问题及发现。

2．学生两人一组开始独立进行实验。并根据实验填写小组观察实验记录表（按上面的文字说明做）。

3．教师巡回指导（引导、启发、点拨或发提示卡片并提示学生。教师准备小组实验活动建议卡片，谁遇到疑难问题或不能继续进行时可向教师要卡片，按提示继续实验）

三、交流

学生实验基本结束，并填写好了实验记录表。疑难让学生议；错误让学生析；重要的规律让学生自己去总结。及时反馈矫正实验中的问题。对学生进行由量变到质变的辩证唯物主义的观点教育。总结成功的经验，让学生体验成功的喜悦。注意学生思维的火花，延伸实验课的教学。以讨论方式进行。

（一）学生总结发现的现象、解决的问题及发现的规律性的问题。

学生回答的问题一般有：放大的像、缩小的像、等大（不变）的像、看不到实像（放大的虚像）等，靠移动蜡烛、光屏来解决，或移动凸透镜来观察……

看到有关的像时，你们所记录的物距和像距各是多少？

（二）教师根据板书学生的记录数据，引深讨论。

设问：对所记录的数据能分析一下吗？有规律吗？

学生讨论回答：物距和像距及焦距之间有一定的关系。

1．认识像与物等大这个关键点。

2．总结：凡是实像都是倒立的，像与物在透镜的两侧，在光屏上能得到。凡是虚像都是正立的，像与物在透镜的同侧，在光屏上不能得到。

3．凸透镜成缩小的实像、放大的实像及放大的虚像的条件，有什么关键的位置吗？ 学生思考讨论后回答：

1．物体通过透镜能成什么样的像决定于物体离开凸透镜的距离。物体离凸透镜由远移近时，成的像逐渐变大，像离凸透镜的距离也变大。

2．物体在二倍焦距以外时，像总是比物体小。物体移到二倍焦距以内时（焦点以外），像就变大到比物体还大，也就是成了放大的实像了。再移近到凸透镜一倍焦距以内时，像就由实像变成了虚像，发生了质的变化。

引导学生归纳总结：能用简练的语言表达一下吗？

学生总结归纳：焦点是虚像和实像的分界点；二倍焦距是像的放大或缩小的分界点。

（三）评价

让学生进行自我评价：通过刚才的实验和回答能对自己做个评价吗？

启发学生回答：通过自己亲自动手实验才能明确物理现象；在实验过程中遇到问题应该多想、合作解决；猜测的结果和实验结果不一定相同；自己动手动脑做出的实验现象有意思、真实……

四、课堂教学小结与延展

帮助学生熟练掌握规律提高归纳、概括能力。引导学生联系实际，体现从生活走向物理从物理走向社会。

1．师生共同总结凸透镜成像的规律。

2．思考：水珠还能成其他的像吗？

投影图片讨论其中蕴涵什么物理规律？

学生回答：水珠离另一侧的花朵较远（u＞2f），成的是倒立的、缩小的、实像。当花朵离水珠较近时（f＜u＜2f），成倒立放大的像。

五、布置作业

凸透镜成像的规律教学设计 篇6

“凸透镜成像的规律”教学设计 江苏省无锡外国语学校 陈德军

【教材分析】

本节内容是本章的核心,它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。

【教学目标】

知识与技能

1.理解凸透镜的成像规律,知道凸透镜所成像的虚实、倒正、大小与发光体位置的关系。

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。

【教学设计】

创设情景,引入新课

提出问题

请同学们做这样一组小实验:

(幻灯)

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屏幕;

(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?……)

当然,同学们一定还有许多其它的问题,今天我们先来解决这个问题:

(幻灯)课题:凸透镜成像有什么规律

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)

制定实验计划

在制定实验计划之前,我们先来回顾一下上节课学习的照相机的使用。

请一位同学到前面来,配合一下老师。

现在老师想用这架照相机拍下他的相貌,大家看看老师这样做行不行。

①(把镜头对着大家)我这样拍,能拍到他的脸吗?怎么办?

②(把镜头倒过来,对准自己)能拍到像吗?景物、镜头和胶片必须谁在中间?

③(把相机高高举过头顶)能不能拍到他的脸?应该怎么办?

④(把镜头非常的靠近该同学的脸部)能拍到像吗?

好,现在老师学会拍照了。(拍下一张照片)同时,老师也相信大家一定能设计好本次的探究活动。

小组讨论完成学案上的实验计划。

①你打算如何改变物距来研究像的性质与物距的`关系?

(先把物体放在u>2f处,然后放在2f>u>f处,最后放在u

②你打算使用哪些器材来完成本次探究活动?

(蜡烛、凸透镜、光屏、火柴、光具座)

介绍:大部分同学也许不了解光具座,它是专门用来研究凸透镜成像规律的仪器。另外,本次实验我为大家准备的凸透镜焦距都是10cm的。

③实验具体步骤:

(a、把蜡烛、凸透镜和光屏依次摆放到光具座上,并使它们在同一直线、同一高度。

b、逐次固定蜡烛与凸透镜的距离分别为:30cm、15cm和5cm,移动光屏,使光屏上成清晰的像,记录像距和像的性质。

插入:在这里,老师有一个疑问,当物距为5cm时,会不会像我们刚才使用照相机一样,在光屏上看不见像?如果无法成清晰的像,我们可以透过透镜看看像的性质。

c、实验完成后熄灭蜡烛并整理仪器。)

④你认为本次实验还应注意什么?

(及时记录数据……)

下面请同学们按照设计好的实验步骤开始实验。

(学生开始实验,老师巡回指导)

好!实验结束,请同学们把蜡烛熄灭。我们请一个小组汇报一下实验结果。

物距与焦距关系

物距u

(cm)

像的性质(f=10cm)

像距v

(cm)

正倒

大小

虚实

u>2f

30

2f>u>f

15

U

5

(介绍像距与焦距的关系)

其他小组的实验结果与他们的是否相似?

我们一起来讨论一下,从这张数据表格中可以得到什么?

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> 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?在什么情况下成放大的像?

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?在什么情况下成倒立的像?

③像的虚实与物距是否有关?当物距在什么情况下成虚像?在什么情况下成实像?有没有正立的实像?有没有倒立的虚像?

思考:根据上表的数据,凸透镜成放大的实像时,物距跟像距相比,哪个比较大?成缩小的实像时,物距跟像距相比,哪个比较大?

小结:大家实验做得很好,得到了许多有用的数据。科学家也是这样经过实验探究、分析数据从而找出规律的。通过本节课的学习,同学们有哪些收获?

当然,相信同学们还有其他许多的问题,同学们课后可以相互讨论,也欢迎同学们与老师来共同探讨。

附件:学案

一、引入新课:你透过凸透镜看物体后,有哪些疑问?请把它们写下来:

1.

2.

……

二、猜想:凸透镜成像情况不同与哪些因素有关?你猜想的根据是什么?

三、制定实验计划:

①你打算如何改变物距来研究像的性质与物距的关系?

②你打算使用哪些器材来完成本次探究活动?

③实验具体步骤:

④你认为本次实验还应注意什么?

四、进行实验。

五、探究实验记录表

物距与焦距关系

物距u

(cm)

像的性质(f=10cm)

像距v

(cm)

正倒

大小

虚实

u>2f

30

2f>u>f

15

U

5

可不填

六、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?

③像的虚实与物距是否有关?当物距在什么情况下成虚像或实像?有没有正立的实像或倒立的虚像?

思考:凸透镜成放大的实像时,物距跟像距相比,哪个比较大?成缩小的实像时呢?

探究凸透镜成像的规律 篇7

1.理解凸透镜成像的规律。

2.通过探究活动, 培养学生提出问题的能力, 体验探究科学的过程, 学习从物理现象中归纳科学规律的方法。

3.通过凸透镜成像规律的探究, 培养学生对探索自然规律、研究身边事物自然现象的兴趣, 培养学生将科学技术应用于日常生活的意识。

【教学重点】凸透镜成像规律的探究过程。

【教学难点】如何引导学生设计实验, 分析数据, 并总结出科学规律。

【器材准备】光具座、凸透镜、蜡烛、光屏、火柴、多媒体课件。

附:实验记录卡

实验任务

1.组装实验器材:按图1所示顺序将物屏、凸透镜、光屏安装在光具座上, 调节他们的中心在与光具座平行的同一直线之上。

2.练习在光屏上找到最清晰的像:按图2所示将物体放在透镜左侧较远处, 同时移动光屏直至在光屏上形成最清晰的像。

3.找放大的像:改变物体到透镜的距离后移动光屏, 直至在光屏找到3组清晰放大的像。将像的位置和观察到的像的性质进行记录。

4.找缩小的像:改变物体到透镜的距离后移动光屏, 直至在光屏上找到3组清晰缩小的像。将像的位置和观察到的像的性质进行记录。

凸透镜成像教学反思 篇8

放大镜，学生一般是熟悉的，但作为规范的物理名称—凸透镜，学生并非都知道。本节课的目的是为了加深学生对凸透镜的认识，不仅让学生通过实验探究凸透镜对光线的会聚作用，同时还启示学生粗略测量凸透镜焦距的方法。对凹透镜只要求学生能够知道什么是凹透镜，以及凹透镜对光线有发散作用。

二、教学目标

1.知识与能力目标

通过观看微课视频，学生能认识凸透镜的会聚作用、凸透镜的焦点和焦距；通过实验培养学生的实验操作能力，对实验现象、数据的初步分析能力。

2.过程与方法目标

通过师生互动问答、生生合作探究等课堂活动，启发学生从物理现象中归纳科学规律的方法。

3.情感、态度、价值观目标

通过小组合作探究，培养学生与他人协作的意识以及愿意探究、勇于创新的科学精神。

三、教学重难点

学生通过实验分析总结得出凸透镜成像的规律既是本节重点也是难点。

四、教学方法

教法：演示实验法、探究、归纳、分析法。学法：自主学习法、观察法、实验探究法。

五、教具准备

教学多媒体、光具座、蜡烛、光屏、移动摄像头、笔记本等。

六、教学思路

将学生按照学习水平进行均衡分组，让特优生在小组内起带动作用。

课堂环节一，通过师生间互动问答的形式，检验学生对双基知识的掌握。

课堂环节二，在学生初步尝试找到像的基础上，让学生动手探究凸透镜成放大、缩小的实像，以及放大的虚像。每组将数据及时提供，由专人负责输入屏幕上的excel表格内。并就学生存在的疑问进行师生、生生间交流解答。

课堂环节三，利用excel表格对数据进行降序或升序排列，得出成像规律。通过小组间实验展示的竞赛环节，通过各组间的评价点拨，拓展学生对问题情境的感受，激发学生的积极性，提高学习效率。

七、课堂学习形式预告

课前自主学习：学生观看微课视频完成进阶练习—教师批阅课前学案。

对知识的课堂内化、训练展示：提出学生自学中的疑惑（疑难问题梳理）—分组讨论设计凸透镜成像规律的实验方案—学生展示分组探究成果，得出结论—评价点拨，完成课堂学案。

八、自学质疑观察记录

课堂组织：物理课代表已经把实验器材准备就绪，并把学生分成二人一组。

学生表现：认真反复观看视频，边看书，边填写课前学案。利用凸透镜努力寻找蜡烛的像。

阅读教材：学生认真勾画课本中的重点内容，培养良好的学习习惯。

观看微课：观看微课时暂停、做笔记次数过多。

完成学案：建议合上课本，观看视频后再思考完成。

合作互学：先“一对一”合作，遇到疑难问题再小组合作。

九、教学过程

1.疑难突破设计

（1）疑难问题梳理：不明白什么是像距；不会判断实像和虚像。

（2）疑难突破设计。问题1解决方案：让一名动手能力强的学生通过实验，边讲解边示范。重点强调要拿光屏的刻度减去凸透镜的刻度，计算要仔细（利用移动摄像头展示）。问题2解决方案：学生通过实验介绍，能呈现在光屏上的像称为实像，不能在光屏上呈现、只能用眼睛看到的像称为虚像（摄像展示）。

2.训练展示设计（难易程度：A.识记B.理解C.应用）

（1）展示内容：让蜡烛火焰经凸透镜成放大的实像。由第1组丁鹏同学展示。难易程度：B。存在的问题及改进措施：学生很容易找到放大的像，但不会正确比较物距和像距与一倍焦距、两倍焦距的关系。

（2）展示内容：让蜡烛火焰经凸透镜成缩小的实像。由第5组张玲同学展示。难易程度：B。存在的问题及改进措施：实验现象很明显，展示效果好。

（3）展示内容：让蜡烛火焰经凸透镜成放大的虚像。由第6组徐言同学展示。难易程度：C。存在的问题及改进措施：学生无法正确观察虚像。

3.评价点拨设计（难易程度：A.识记B.理解C.应用）

（1）点评内容：让蜡烛火焰经凸透镜成放大的实像。第2组杨文点评。难易程度：C。变式训练和问题预设：课堂反馈学案的第5题。存在的问题及改进措施：主要点评实验操作的关键；语言要简洁，建议用物理符号代替。

（2）点评内容：让蜡烛火焰经凸透镜成缩小的实像。第4组刘丽点评。难易程度：B。变式训练和问题预设：课堂反馈学案的第6题。存在的问题及改进措施：点评题目时要思路清晰，方法简洁；适当做些板书更有助于其他学生理解。

（3）点评内容：让蜡烛火焰经凸透镜成放大的虚像。第4组邢胜点评。难易程度：A。变式训练和问题预设：课堂反馈学案的第1题。存在的问题及改进措施：点评时要时刻把握节奏，注意学生间互动；点评完毕要对展示的学生进行评价，并询问其他学生是否还有疑问。

4.布置作业

课后练习1～5题。

5.总结反思设计

问题引领：凸透镜成像的规律是什么？如何利用凸透镜的三条特殊光线，作凸透镜成实像和虚像的光路图？

6.教后反思

凸透镜成像教学反思 篇9

第1作者单位：

综合评价：

陈春红

修改稿：

南京理工大学电光学院

2、文中部分语句不够精炼职称论文发表如摘要的首句。

论文

具体建议：

注：同行评议是由特聘的同行专家给出的评审意见，发表论文综合评价是综合专家对论文各要素的评议得出的数值，以1至5颗星显示。

1、文中提到“将Rotman透镜看作1个多端口网络，对其散射参数矩阵[S]进行分析”，并给出了阵列端口的相位和幅度特性，但没有对散射参数进行适当的分析。全部作者：

凸透镜成像的规律教案 篇10

【设计思想】

体现“学习者不应是信息的被动接受者,而应该是知识获取过程的主动参与者”这一教学理念,让学生经历基本的科学探究过程,从中找出问题,解决问题,总结规律。

【教学目标】

一、知识与技能

1.探究凸透镜成像的规律;

2.掌握科学探究的方法。

二、过程与方法

1.能在探究过程中,培养学习的兴趣;

2.通过探究活动,获得提出问题和解决问题的能力;

3.学会用观察、比较、列表的方法进行归纳和总结。

三、情感、态度价值观

1.培养对科学的兴趣,乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理,拉近生活、社会、科技与物理的距离;

2.乐于参与观察、实验、制作等科学实践;

3.渗透科学、技术、社会(STS)教学的指导思想。

【教学准备】

凸透镜、光屏、蜡烛、火柴、放大镜、刻度尺、小水电筒、金鱼缸、小金鱼1条、水。

【教学重点】

掌握科学探究的方法。

【教学难点】

巧记凸透镜成像规律 篇11

一、该规律成为教学难点的原因分析

1.从规律本身找原因:概念多、易混淆,如焦距、物距和像距,实像和虚像,放大和缩小。规律多,在不同的物距条件下所成像的性质不同。

2.从学生的思维特点找原因:八年级学生正处在形象思维向抽象思维过渡的阶段,学生分析数据能力和归纳规律的能力都有待加强。而理解并熟练掌握该规律必须具备一定的归纳能力和抽象思维能力。

3.从教师的教学策略找原因:有些教师自己做演示实验,只让学生观看,学生只能死记硬背成像规律。有些教师也使用探究式教學,但由于引导学生分析的方法不当,最后只能由教师包办说出规律,失去探究实验的意义。

二、教学策略的理论根据

新学习的物理概念、规律将进入学生的物理认知结构,引起认知结构的扩展、更新或重建。不同的学习内容、不同的学习顺序使认知结构的发生改变的方式也不同。我们地探究实验先从物距最远处开始,循序渐进地靠近,边做边总结。并做好记录,最后一起得出最后的结论。

三、成像规律

1.一焦分虚实,即u=f是实像与虚像的分界点。当u>f时成实像,u=f时不成像,u

2.二焦分大小,即u=2f是成放大像与缩小像的分界点。当u=2f时v=2f成倒立、等大的实像;当u>2f时f2f成倒立、放大实像。总结一句话可以简化为:物远像近像缩小,物近像远像放大。

例题:小明照完一张一寸照片后,要想再照张二寸照片,他应该怎么办?

解析:一寸照片变二寸照片就是将像放大,因此像距也会变大,物距则会变小,所以小明应该靠近照相机,摄影师拉长暗箱。

此题应用了(1)像与像距的变化都是一致的;(2)成实像时像与物的变化是相反的两个知识点。

凸透镜成像教学反思 篇12

为了帮助学生能够顺利地完成此探究实验, 作者就该实验的前期准备工作谈一下个人的观点。

一、重温旧知识, 进一步建立实像和虚像的概念

在《探究凸透镜成像规律》一节前, 教材对实像和虚像已有了初步的介绍, 通过对之前所做实验的重现使学生加深对实像和虚像的认识, 掌握比较实像、虚像的方法, 为凸透镜成像实验奠定知识基础。

如回顾小孔成像实验:在空罐的底部中央钻一个小孔, 空罐口处蒙上一层半透明的塑料薄膜。利用它观察前面的物体 (如灯丝) , 我们可以看到发光体在薄膜上呈现的像。此时再用蜡烛代替景物, 让学生继续探究小孔到蜡烛距离不同时像的特点, 体会半透明塑料薄膜上可以承接到蜡烛的像。由此使学生认识到实像是由实际光线会聚而成的, 进一步建立实像的概念。

“平面镜成像”一直是初中物理的重要探究实验。重温该实验:平面镜前立一蜡烛, 镜中出现蜡烛的像但在镜后的光屏上始终找不到该蜡烛的像。使学生认识到虚像并不是由实际光线会聚形成的, 得出比较实像和虚像的方法, 从而完善学生的认知结构。

二、注重学生感性认识的获得, 建立认识基础

感性认识是人类在实践过程中感官直接接触客观事物而在头脑中形成的印象。心理学认为这种认识的基本形式是感觉、知觉和表象, 它具有直接性、形象性、表面性的特点。凸透镜成像规律比较烦琐, 枯燥无味。由于感性认识具有形象性、直接性的特点, 在教学过程中通过深化感性认识的作用, 使学生获得大量的感性材料, 有助于在实验中对规律的把握。例如让学生分组利用凸透镜观察远处的物体, 使学生体会到凸透镜可成倒立的像, 也可成放大的、缩小的像。随后老师站在白板前手持点燃的蜡烛和凸透镜, 调整彼此与白板间的距离, 使白板上出现大小不同的像。注意强调蜡烛与凸透镜间距离的变化, 使学生意识到成像的不同与蜡烛距离凸透镜的远近有关。再让学生用放大镜 (凸透镜) 观察课本上的字, 体会凸透镜成正立的、放大的像并且像与物在同侧。如此便于帮助学生建立描述像的特点的概念, 如实像或虚像、放大或缩小、倒立或正立等为后面的探究实验建立知识基础。

三、巧改光源, 提高实验可行性

在这个实验中选用传统蜡烛作为光源简单易行, 便于学生清晰地观察到像的特点, 在实验中起到了积极的作用。考虑到实际的操作, 蜡烛的选择也存在着诸多的不便:第一, 对蜡烛所成的像, 学生能清楚地观察到是上下相反的, 却不易发现像也存在左右相反的特点。第二, 由于蜡烛在燃烧的过程中不断变短, 在燃烧一段时间后就有可能使得烛焰、凸透镜和光屏中心不在同一高度, 使所成像偏离光屏的中心, 对实验观察带来不便。第三, 如果操作不慎还容易引起火灾, 存在安全隐患。所以针对上述情况, 我们可以用发光二极管排列而成的“F”形做光源来代替蜡烛。

如此一来, 选用“F”形光源, 从光屏上可以很清晰地观察到所成的实像上下、左右都是相反的, 从而避免了学生只认为实像是上下相反的错误观点。另外, 该光源很好的稳定性也避免了烛焰晃动、燃烧变短等因素给实验带来的不利影响, 更消除了火灾等安全隐患, 方便学生对实验结论的总结。

综上所述, 本文对凸透镜成像实验前期准备过程中的重温实像与虚像知识、帮助学生获得感性认识、巧改光源来提高实验可行性等工作进行了探究, 可以较好地帮助老师和学生提高实验的水平和质量, 从而让学生能更好地理解凸透镜成像的现象和本质。另外, 作为老师, 也需要在实验前精心设计该实验的教案, 全面考虑实验前后概念之间的联系和实验中需要重点注意的问题, 以便于引导学生在实验中进行详细的观察, 避免忽略那些重要的方面, 并采用准确合理的方法来记录数据。当然, 除此之外, 对于凸透镜成像实验一节的准备, 还有更多行之有效的措施来做进一步的完善。只要我们用心去发现其中的问题, 努力去探索改进的方向, 就一定会达到事半功倍的教学效果, 实现物理课堂教学的最优化。

参考文献

[1]魏志强.凸透镜成像规律的教学策略[J].新课程研究 (职业教学) , 2007 (11) .

探究凸透镜的成像规律(教案) 篇13

新一轮国家基础教育程改革正在轰轰烈烈地开展，其中一个重要而具体的目标，就是要改变传统的接受式学习，倡导学生主动参与的自主探究式学习，鼓励奖信息技术渗透与物理教学之中。本节的教学从设计上力图将信息技术与实验有机结合，实现信息技术与物理教学的有效整合；教学过程中采用以探究式为主，其它教学方式为辅的多样化的教学方式；探究过程中，采用任务驱动的方式来增强探究过程的实效。从学生的生活实际中引入新、提出问题，通过教师的诱导，深化实际问题，形成物理问题。使学生产生强烈的探究欲望。在此基础上，引导学生猜想，涉设计探究实验，收集实验数据，初步认识凸透镜的秤想规律。在利用凸透镜秤像的模拟实验，获取凸透镜成像的动态信息，归纳结论。整个教学以“设计—探究—发现”为基本过程，策动、引导学生学习思考，让学生自主探究建构知识，最终实现提高学生学习能力并获得整体发展的目的。题探究凸透镜的成像规律教材北京市21世纪教材第八章第六节教学目标1

理解凸透镜的成像条。2

知道当凸透镜成实像时，像距、像的大小随物距变化的定性关系。3

通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法。4

学习从物理现象中归纳科学规律的方法。

具有对科学的求知欲，乐于探索日常生活中的物理学道理和原理。实验器材光具座、光具座附、蜡烛、火柴、计算机、凸透镜成像原理的重点探索凸透镜成像规律的过程难点理解凸透镜成像的变化规律。程序教师活动学生活动导入引导语：通过上节的学习，我们知道了生活中的照相机、投影仪、电影机、放大镜等成像元都是凸透镜。但是，通过照相机所成的像是缩小的，通过投影仪所成的像是放大的。那么，在什么情况下，通过凸透镜能成缩小的像？什么情况下成放大的像呢？联系自己的生活经验思考老师提出的问题。猜想投影仪是我们比较熟悉的光学仪器，大家仔细想一想，要想让屏幕上的图像大一些，应怎样调整？大家可以讨论讨论，也可以到前面来适适。实验是检验真理的标准嘛！大家讨论得很热闹，谁愿意将自己的想法和大家交流一下。同学认真回忆着投影仪的使用情况。并逐渐形成几个同学间的讨论。有同学到前面来用投影仪做实验。同学纷纷将自己的想法与其它同学交流。可能的猜想：与物体到透镜距离有关；与屏幕到透镜距离有关；与物体和像是否在透镜的两侧有关……程序教师活动学生活动明

确

任

务

制

定

计

划

大家说的都很好，但是否正确还需要实验来验证。我们为每组提供了专门用来研究凸透镜成像的实验器材——光距座及其附，并在每组的计算机中安装了研究凸透镜成像所用的。大家可以任选其一或共同来探究凸透镜的成像条。提示：1．

我们事先为同学们准备了探究方案，同学们可以参照，也可以自己制定实验方案。2．

小组同学间注意分工合作。3．

物距（u）表示物体到透镜的距离；像距（v）表是像到透镜的距离。有的小组参照学案制定实验计划，有的小组讨论分工并准备实验器材。实验探究教师巡回指导进行实验探究，收集实验数据并记录展示分析数据各组的实验基本完成了，那个组愿意将实验数据来与同学共享；并阐述你们的到的初步结论。以组为单位，利用实物投影展示自己的实验数据。并阐述通过实验所得到的初步结论。师生总结结论将每次实验的数据进行研究，得到这样的结论：当物体与凸透镜的距离（物距）大于透镜的二倍焦距时，成倒立的放大的实像；当物体与凸透镜的距离（物距）小于透镜的二倍焦距，但大于焦距时，成倒立的缩小的实像；当物体与凸透镜的距离（物距）小于透镜的焦距时，成正立的放大的虚像；与教师一起总结结论。并根据自己的实验经验体会、理解结论内容。师生总结结论进一步研究表明：焦点是成实像和虚像的分界点。另外，二倍焦距点是成放大实像和缩小实像的分界点。通过计算机模拟实验我们不难发现如下规律：当物体从较远处向透镜靠近时，物距在不断减小，像和像距都在逐渐变大；当物体从较近处远离透镜时，物距在不断增大，像和像距都在逐渐减小。与教师一起总结结论。并根据自己的实验经验体会、理解结论内容。引导深入研究提出讨论问题：1．在成虚像和实像的情况下，轻轻吹蜡烛的火焰，使它像一侧偏斜，观察火焰的偏斜情况。2．如果我们用不同焦距的凸透镜，实验所得出的结论是否相同？利用实验继续探究作业1．

记忆并理解凸透镜成像规律。2．

轻松联系：目标教学中的联系题。3．

预习下一节内容。教学后记：

在本节的教学中，学生的实践活动贯穿教学的始终，无论是问题的提出，对探究方案的制定，实验数据的处理，还是最终知识的形成，都不是（或很少是）由教师传递、告知的，而是由主体通过探究而发现的，在堂上，学习主体拥有比较充分的发现权、思考权、发言权，学生不再是名义上的、形式上的主体，而是实质性主体——真正成为学习的主人。本节中“凸透镜的成像规律”这一知识，教师不是用传授定论的方式，而是引导学生去发现知识。这样，学生在获得某一知识结论的同时经历了知识的生成过程，切合了“要让学生感受、理解知识产生和发展的过程”这一时代要求。与单向且被动参与接受知识的教学过程相比，这种知识获取过程具有明显的优势：它使学习者形成对知识的深刻理解，它决不是一知半解的，更无需死记硬背，因而是一种“优质”的知识；学习者亲历知识的发现过程，由此形成并拥有的知识具有极高的迁移价值，因而是一种“活化”的知识；另外，学习者在获取“凸透镜成像规律”这一知识的过程中，经历了类似于科学发现的某些思考、分析、概括的过程，而这些方式是解决各种问题以及将来从事探究工作所必需的，因而还是一种极具可持续发展意义的“长效”的知识。

探究凸透镜成像的规律教案 篇14

●教材分析

本节内容是本章的核心,它是学生在学习第2节“生活中的透镜”,对生活中常用的透镜及对其成像情况获得丰富、具体的感性认识的基础上,带着问题,用探究的方法研究本节的内容。本节的主要内容,就是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探究,体验科学探究的全过程,从而激发学生探究成像规律的兴趣,使学生能够体验科学探究的过程与方法。新教材以探究凸透镜成像情况与物距关系有关为主线,安排了学生“提出问题、猜想、设计实验、进行实验、分析与结论”等教学过程,让学生经历产生兴趣、发现问题、激发矛盾、进一步解决问题的过程。很好地体现了新教材让学生在体验知识的形成、发展过程中,主动获取知识的精神。为了降低学生理解凸透镜成像规律的难度,这次再版的人教版新教材把另一个难点实像和虚像放到了“生活中的透镜”中,相对于第1版来说,这次教材明确提出了实验时物体离凸透镜的距离分别为:u>2f、f

●教法分析

本节课是初中学生在物理学习过程中第一次进行全过程探究,本节课需要两个课时(每课时40分钟),第1课时重点在于培养学生猜想能力与设计实验的能力,学生猜想时一般不懂怎样去猜想,有时猜想与提出的问题毫无关联,所以我们关键应该引导学生怎样去猜想,在教学中创设合理猜想情景,并且引导学生知道猜想要有猜想的理由,不能胡乱猜想。设计实验是探究的一个重要环节,所以我们要引导学生进行设计实验,让学生明白实验研究什么和怎样去研究,实验时应该观察什么、测量什么、记录什么?第二课时的重点放在培养学生对实验数据的分析和论证的能力方面,教师引导学生分析表格数据进行简单的比较,分析它们的相同点与不同点,让学生进行简单的因果推理,让学生以书面或口头表述自己的观点,最后教师归纳总结,这样让学生经历从物理现象和实验归纳科学规律的过程,培养了学生的处理信息的能力、分析概括的能力,从而提高了学生的科学素养。

●教学目标

微透镜列阵成像光刻调焦方法 篇15

微透镜列阵成像光刻是一种低成本、高效率制备微纳尺度图形列阵的方法[1,2],该方法以微透镜列阵[3,4,5]为投影物镜,将毫米至厘米尺度的单个物体缩小数千倍成像,再利用光刻胶记录成像结果,从而光刻制备图形。在微透镜列阵成像光刻方法中,系统离焦是制约光刻图形质量的关键因素之一。目前的相关研究中,微透镜列阵成像光刻的调焦方式均采用一体式结构,其方法是通过在像空间填充一层厚度等于微透镜焦距的PDMS软膜来实现[6,7],此方法的优点是无需专用的调焦设备,然而由于PDMS软膜的厚度难以精确控制且受压易变形,此外PDMS的折射率受环境的影响会发生变化,因此难以精确调焦。针对以上问题,本文模拟分析了离焦对微透镜成像光刻图形质量的影响,给出了系统离焦量的容差。并提出了一种利用显微镜检测像平面离焦程度,利用精密移动平台驱动光刻胶基板上下移动,从而将像平面调整到光刻胶平面的微透镜列阵成像光刻调焦方法。该方法调焦误差较小,系统结构简单,设备成本低,可有效降低离焦对光刻图形质量的影响。然后将基于该方法所建立的调焦装置应用于微透镜列阵成像光刻系统,进行了光刻实验,实验表明,利用本文的调焦方法对微透镜列阵成像光刻系统进行调焦,可得到接近微透镜列阵极限像质的光刻图形。

1 离焦对微透镜列阵成像质量的影响的仿真

微透镜成像光刻系统原理如图1所示:成像物体通过微透镜缩小数千倍成像,位于像面处的光刻胶作为记录介质记录下成像结果。系统离焦将导致成像模糊、光刻图形特征尺寸增大,甚至导致像无法被光刻胶记录[8]。本文所用的微透镜口径10µm,数值孔径0.258,曝光光源为中心波长在365 nm的汞灯光源。根据透镜焦深公式[9,10,11]:DOF=0.5λ/NA2,(其中DOF为焦深,λ为曝光光源波长,NA为微透镜数值孔径),计算可得微透镜焦深约2.8µm。物点经微透镜成像为一弥散斑[12,13,14],我们对其用ZEMAX软件进行了仿真,弥散斑均方根半径与离焦量的关系如图2所示:弥散斑均方根半径随着离焦量的增大而增大;当离焦量从0增至2.8µm时,弥散斑均方根半径从0.27µm增大至0.67µm,这将导致成像对比度降低,像质变差。

我们利用光线追迹的方法,以十字叉丝作为输入对象,对离焦时成像情况进行了模拟分析。当离焦平面像点弥散斑均方根半径比理想像平面处弥散斑均方根分别扩大10%、50%、150%时,对应的离焦量δ分别为0.7µm(δ≈DOF/4)、1.4µm(δ≈DOF/2)、2.8µm(δ≈DOF),在理想像平面及具有以上离焦量的平面处,十字叉丝的像分别如图3(a)、(b)、(c)、(d)所示。当像面无离焦影响时,图形质量为理想状态极限像质,此时像点弥散斑均方根半径为0.27µm。当离焦后像点弥散斑均方根半径比理想像面处扩大10%时,离焦后像点弥散斑均方根半径约为0.3µm,离焦量约为微透镜焦深1/4,此时十字叉丝成像质量略有降低,但仍具有接近极限像质的成像质量。当离焦后像点弥散斑均方根半径比理想像面处扩大50%时,离焦像点弥散斑均方根半径约为0.4µm,离焦量约为微透镜焦深一半,十字叉丝仍清晰分辨,此时像质比极限像质已经有明显降低。而当离焦后像点弥散斑均方根半径比理想像平面处提高150%时,离焦像点弥散斑均方根半径约为0.67µm,离焦量约等于焦深,十字叉丝虽然仍可被分辨,但已经相当模糊,并且线条特征尺寸随之变大。

通过以上分析,可见系统的离焦量需小于微透镜焦深才能保证光刻图形可被分辨。而要得到接近成像系统极限像质的光刻图形质量,离焦后的像点弥散斑半径比焦点处弥散斑半径的提高程度不大于10%,此时离焦量δ约为DOF/4。因此为了得到较高质量的光刻图形,我们规定系统离焦量的容差为δ≤DOF/4。

2 微透镜列阵成像光刻调焦系统的建立

为对上一节的理论分析进行验证,需建立一套可改变微透镜成像光刻系统离焦量的调焦系统作为实验验证的手段。本文所建立的微透镜成像光刻调焦系统原理如图4所示:调焦系统由显微镜、精密位移平台、微透镜列阵基片固定台、带标记的光刻胶基板以及微透镜列阵组成。调焦过程分两步实现:1)微透镜列阵(microlens array)位置始终固定,调整显微镜(microscope),当看到物体清晰的像时固定显微镜;2)利用精密位移平台驱动光刻胶基板(substrate)上下移动,使得通过显微镜可同时观察到物体和光刻胶(photoresist)上标记(mark)的像时,说明微透镜的像面(image plane)与光刻胶已经在同一平面上,然后将光刻胶基板固定,到此调焦过程完成。

调焦过程中,理想的情况是像平面和光刻胶平面完全重合,然而在实际应用中,所有调焦系统都存在误差。本文的调焦系统由人眼通过显微镜来判断像平面与光刻胶平面是否重合,误差主要来源于人眼分辨极限和显微镜景深的影响。

首先确定人眼分辨极限所导致的调焦误差:人眼通过显微镜所能分辨的弥散斑直径a可表示为a=250ε/β,β为显微镜放大倍率,ε为人眼的极限分辨角(约为70″),250 mm为人眼明视距离[9,10,11]。此弥散斑所对应的离焦量d可表示为d=af/D≈a/2NA,其中f为微透镜的焦距,D为微透镜口径,NA为微透镜数值孔径。当离焦量小于d时,人眼将认为像面无离焦,因此人眼分辨极限所导致的调焦误差约为d=125ε/βNA。

其次确定显微镜景深所导致的调焦误差:当物体的像与光刻胶基板上的标记同处于显微镜景深范围内(图4中白色三角形区域)时,像平面与光刻胶平面将被认为相互重合。显微镜景深所导致的调焦误差小于或等于显微镜景深。显微镜景深可根据公式∆=250nε/ГNAm计算得到[9,10],其中NAm为显微物镜的数值孔径,Г为目镜放大倍率,n为物空间介质折射率。

利用本方法调焦,系统的可获得的最小离焦量δ是0至d+∆之间某一随机的值。人眼的分辨极限无法提高,因此建立调焦系统的关键是选择恰当放大倍率和景深的显微镜。在微透镜成像光刻系统中,如果对光刻图形质量要求不高,δ在微透镜焦深DOF范围内是可以接受的。当d+∆≤DOF时,就可保证δ≤DOF,由此可得显微镜景深∆需小于DOF-d,即∆≤0.5λ/NA2-125ε/βNA。同理如果要求光刻图形质量接近成像系统极限像质,则要求δ≤DOF/4,那么∆≤(0.5λ/NA2-125ε/βNA)/4。

在分析以上误差来源的基础上,本文通过选择合适的精密位移平台和显微镜,建立了调焦系统机械装置。精密位移平台连续可调,系统的调焦误差主要来源于显微镜景深和人眼分辨极限所带来的误差。本系统所用的微透镜焦深2.8µm,本文要求光刻图形质量接近成像系统极限像质,因此要求离焦量小于或等于0.7µm。我们选用显微物镜工作距40 mm,数值孔径为0.6,物镜放大倍率40倍,目镜放大倍率Г为20倍,此时d≈0.1µm,显微镜景深∆约0.6µm,系统可实现的最小离焦量不大于0.7µm,满足离焦量小于或等于DOF/4的要求。

3 离焦对微透镜列阵成像光刻图形质量影响实验

3.1 微透镜列阵成像光刻实验

我们将该调焦方法应用于微透镜列阵成像光刻系统,改变离焦量,光刻制备出了不同质量的图形。本文所用微透镜口径10µm,数值孔径0.258,焦深约2.8µm,周期20µm,物距250 mm。所用光源为在中心波长365 nm汞灯光源,所用成像物体为商用打印机打印的十字叉丝,线宽8 mm、图形尺寸60 mm。实验步骤为:1)首先在k9基片上旋涂光刻胶S1805,4 500 rpm转速下旋转30 s,胶厚约为500 nm;2)然后将涂有光刻胶的基片在100oC热板上前烘10 min;3)前烘结束后,将物体、光刻胶基片及微透镜列阵依次安装到相应位置,调焦完成后打开光源曝光实验。

图5为系统精确调焦与离焦时的光刻实验结果,各图片均为在1 000倍放大倍率下拍摄的显微照片。图5(a)中系统离焦,曝光50 s,在显影液MF319中显影60 s,得到的图形线宽约1.3µm,周期20µm,单元图形尺寸约3µm。由于系统离焦时像点弥散斑增大,将导致像面光强减小,像与周围环境对比度下降,从而曝光显影后投影微透镜的轮廓出现。图5(b)中将系统精确调焦,使得通过显微镜可同时看到标记和物体清晰的像,曝光30 s后,显影60 s,得到的图形线宽约800 nm,周期20µm,单元图形尺寸约5µm,光刻图形面积50 mm×50 mm。

3.2 结果分析

对本文所用的微透镜进行仿真,计算得出的MTF曲线如图6所示:9o视场所对应的空间频率约为630 lp/mm(通常有以MTF取0.4时为标准),对应的分辨力约为794 nm。9o视场与中心视场在空间频率630 lp/mm时MTF的值已经相差约0.05,此时中心视场与边缘视场成像质量已经有明显差异,但在本文光刻实验中尚可接受。根据物像几何关系可得出,光刻图形尺寸约5µm。

通过本调焦方法将系统精确调焦,此时离焦量小于0.7µm,光刻图形如图5(b)所示:光刻图形线宽约800 nm,图形尺寸约5µm与理论计算相当,图形列阵均一性较好。这表明运用本文调焦方法能够实现对微透镜成像光刻系统的可靠调焦,该方法所造成的离焦误差较小,可得到接近成像系统极限像质的光刻图形质量。

4 总结