凸透鏡成像實驗裝置的不足及改進

李迎春 張永春

(鄒平縣第一中學初中部 山東鄒平 256200)

“探究凸透鏡成像規律”是初中學生必做的光學實驗,也是光學部分的重點.通過學習不僅要使學生了解凸透鏡的成像規律,而且要使學生初步了解實驗 —分析 —歸納的科學探究方法,強化學生學習的獨立性、主動性.在探究過程中,教師要引導學生對凸透鏡的成像規律進行猜想,初步設計實驗方案,組織學生用實驗探究的方法,得出凸透鏡成像的規律.通過探究學習活動,實現三方面的目標:

一是使學生獲得一定的知識與技能;

二是使學生體驗探究過程,獲得一些探究與創新學習的方法;

三是發揮探究活動具有的培養情感領域的功能,即讓每個學生通過探究活動獲得成就感,激發對科學的熱愛和學習熱情.

為更好地培養和提高學生的實驗能力、提高學生的認知水平,根據學生實際做實驗時出現的情況,現對教材中實驗裝置存在的問題及改進的方法總結如下.

1 光源的不足及改進

1.1 光源的不足

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

(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就必須重新調整三者的高度.這樣會干擾學生的思維.

(3)燭焰易受空氣流動(學生操作過程中必定會在燭焰周圍引起空氣流動)而晃動使其大小不穩定,對光屏上像的清晰度及位置產生影響.這樣就不便確定最清晰像的位置,造成較大的實驗誤差.

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

1.2 光源的改進

針對上面情況,我們將實驗中的發光物體燭焰改為由發光二極管排列而成的“F”形(圖1).

具體做法:把9個紅色的發光二極管按“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在一起,接上電池及開關.

圖1

改進的優點:

(1)在學生實驗時,該光源不會晃動、改變大小,因而避免了由于蠟燭燃燒變短、燭焰晃動等因素給實驗帶來的不利影響,使光屏上所成的像更加清晰、穩定,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.這樣在實驗的過程中就幫助學生輕松糾正了片面地認為凸透鏡成實像時只是上下顛倒的錯誤觀點,很容易的突破一個認知難點.

(3)該光源還具有操作方便、安全可靠、可重復使用等特點.

2 光屏的不足及改進

以往光屏上成像的大小是用目測,如果成放大或縮小的實像可以辨別出來.但當物體位于兩倍焦距上成等大的實像時,學生往往認為是縮小的.因為像比物要暗,從而造成變小的錯覺,這種情況下靠目測的方法將得不出正確結論.在實驗中,筆者把光源所在光屏和承接像的光屏上都標注等間距的刻度(圖2),方便觀察、比較和記錄成像大小,確保實驗的準確性.

圖2

3 光具座的不足及改進

原來光具座的標尺,零刻度的位置在光具座的最左端,一次實驗,物距和像距的得出要進行兩次減法運算.改進后的標尺將零刻度定在原來45cm的位置,把凸透鏡定在該處,向左右兩側分別標出刻度值,從中間向兩邊數字逐漸增大(圖3).這樣一次實驗只要讀出兩個數據,不經過任何運算,就可以得到物距和像距,減少實驗以外的干擾因素,降低難度,節省時間,有利于學生把主要精力用在科學探究上.

圖3

4 對透鏡的改進

在凸透鏡成像規律中,當我們擋住透鏡的一部分時,所成像大小、位置不變,只是像變暗了.這個現象如果學生不親自觀察到是很難接受的.所以我們在透鏡上加一個遮光罩(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,實驗表明現象非常明顯,效果很好.

圖4