凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)裝置的不足及改進(jìn)

李迎春 張永春

(鄒平縣第一中學(xué)初中部 山東鄒平 256200)

“探究凸透鏡成像規(guī)律”是初中學(xué)生必做的光學(xué)實(shí)驗(yàn),也是光學(xué)部分的重點(diǎn).通過學(xué)習(xí)不僅要使學(xué)生了解凸透鏡的成像規(guī)律,而且要使學(xué)生初步了解實(shí)驗(yàn) —分析 —?dú)w納的科學(xué)探究方法,強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)的獨(dú)立性、主動(dòng)性.在探究過程中,教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)凸透鏡的成像規(guī)律進(jìn)行猜想,初步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,組織學(xué)生用實(shí)驗(yàn)探究的方法,得出凸透鏡成像的規(guī)律.通過探究學(xué)習(xí)活動(dòng),實(shí)現(xiàn)三方面的目標(biāo):

一是使學(xué)生獲得一定的知識(shí)與技能;

二是使學(xué)生體驗(yàn)探究過程,獲得一些探究與創(chuàng)新學(xué)習(xí)的方法;

三是發(fā)揮探究活動(dòng)具有的培養(yǎng)情感領(lǐng)域的功能,即讓每個(gè)學(xué)生通過探究活動(dòng)獲得成就感,激發(fā)對(duì)科學(xué)的熱愛和學(xué)習(xí)熱情.

為更好地培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑻岣邔W(xué)生的認(rèn)知水平,根據(jù)學(xué)生實(shí)際做實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的情況,現(xiàn)對(duì)教材中實(shí)驗(yàn)裝置存在的問題及改進(jìn)的方法總結(jié)如下.

1 光源的不足及改進(jìn)

1.1 光源的不足

(1)使用蠟燭時(shí),燭焰所成的實(shí)像學(xué)生能輕易觀察到是上下相反、倒立的;但卻不能發(fā)現(xiàn)所成的實(shí)像也是左右相反的特點(diǎn),必須要在教師的直接告知下用手煽動(dòng)才能看到,無法長時(shí)間用光屏承接.也就不能在頭腦中留下深刻的印象,碰到實(shí)際問題時(shí)模棱兩可.

(2)由于蠟燭在燃燒的過程中不斷變短,因此燃燒一段時(shí)間后,燭焰中心、凸透鏡光心和光屏中心不在同一高度,而在光屏上找不到像時(shí)就必須重新調(diào)整三者的高度.這樣會(huì)干擾學(xué)生的思維.

(3)燭焰易受空氣流動(dòng)(學(xué)生操作過程中必定會(huì)在燭焰周圍引起空氣流動(dòng))而晃動(dòng)使其大小不穩(wěn)定,對(duì)光屏上像的清晰度及位置產(chǎn)生影響.這樣就不便確定最清晰像的位置,造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差.

(4)蠟燭一般是靠蠟淚粘在托盤上,很容易發(fā)生傾斜,有可能讀出的物距并不是燭焰到凸透鏡光心的真實(shí)距離造成實(shí)驗(yàn)誤差;如果不慎還容易燙傷學(xué)生,存在很大的安全隱患.

1.2 光源的改進(jìn)

針對(duì)上面情況,我們將實(shí)驗(yàn)中的發(fā)光物體燭焰改為由發(fā)光二極管排列而成的“F”形(圖1).

具體做法:把9個(gè)紅色的發(fā)光二極管按“F”字樣鑲嵌排列在光屏正面的中央位置,在光屏背面用焊錫把二極管串聯(lián)在一起,接上電池及開關(guān).

圖1

改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn):

(1)在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí),該光源不會(huì)晃動(dòng)、改變大小,因而避免了由于蠟燭燃燒變短、燭焰晃動(dòng)等因素給實(shí)驗(yàn)帶來的不利影響,使光屏上所成的像更加清晰、穩(wěn)定,減小了誤差.

(2)由于該光源為“F”形,從光屏上所成的像可以直觀地觀察到像的上下、左右都是相反的.這樣在實(shí)驗(yàn)的過程中就幫助學(xué)生輕松糾正了片面地認(rèn)為凸透鏡成實(shí)像時(shí)只是上下顛倒的錯(cuò)誤觀點(diǎn),很容易的突破一個(gè)認(rèn)知難點(diǎn).

(3)該光源還具有操作方便、安全可靠、可重復(fù)使用等特點(diǎn).

2 光屏的不足及改進(jìn)

以往光屏上成像的大小是用目測(cè),如果成放大或縮小的實(shí)像可以辨別出來.但當(dāng)物體位于兩倍焦距上成等大的實(shí)像時(shí),學(xué)生往往認(rèn)為是縮小的.因?yàn)橄癖任镆?從而造成變小的錯(cuò)覺,這種情況下靠目測(cè)的方法將得不出正確結(jié)論.在實(shí)驗(yàn)中,筆者把光源所在光屏和承接像的光屏上都標(biāo)注等間距的刻度(圖2),方便觀察、比較和記錄成像大小,確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性.

圖2

3 光具座的不足及改進(jìn)

原來光具座的標(biāo)尺,零刻度的位置在光具座的最左端,一次實(shí)驗(yàn),物距和像距的得出要進(jìn)行兩次減法運(yùn)算.改進(jìn)后的標(biāo)尺將零刻度定在原來45cm的位置,把凸透鏡定在該處,向左右兩側(cè)分別標(biāo)出刻度值,從中間向兩邊數(shù)字逐漸增大(圖3).這樣一次實(shí)驗(yàn)只要讀出兩個(gè)數(shù)據(jù),不經(jīng)過任何運(yùn)算,就可以得到物距和像距,減少實(shí)驗(yàn)以外的干擾因素,降低難度,節(jié)省時(shí)間,有利于學(xué)生把主要精力用在科學(xué)探究上.

圖3

4 對(duì)透鏡的改進(jìn)

在凸透鏡成像規(guī)律中,當(dāng)我們擋住透鏡的一部分時(shí),所成像大小、位置不變,只是像變暗了.這個(gè)現(xiàn)象如果學(xué)生不親自觀察到是很難接受的.所以我們?cè)谕哥R上加一個(gè)遮光罩(圖4),用來研究透光面積變化后成像是否變化.具體做法是:先觀察完整透鏡成像情況后,逐漸用遮光罩改變透鏡的透光面積,觀察所成像的變化情況,實(shí)驗(yàn)表明現(xiàn)象非常明顯,效果很好.

圖4