巧借生活用品改進初中物理實驗

摘 要：“探究凸透鏡成像的規律”是蘇科《物理》第四章的內容，既是學生學習光學的重要探究活動，也是學生學習的難點。該探究實驗的成功有助于學生理解與應用凸透鏡成像的規律。教材中一直沿用光具座、蠟燭等實驗器材進行實驗，師生均感到此套器材在實驗過程中缺乏穩定性、對比性及多角度觀察的便利性。筆者在教學過程中經過探索與嘗試，利用生活用品對教材沿用的實驗器材做了改進，取得了較好的效果。

關鍵詞：凸透鏡成像； 器材改進； 生活用品； 穩定直觀； 價廉便捷

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2013）04-051-001

“探究凸透鏡成像的規律”在蘇科《物理》定位于學生的重要探究活動。鑒于各校的實驗條件，學生基本完成此實驗毫無懸念，但影響實驗效果的諸多因素也呈現在教師面前。因教師在演示實驗時，受燭焰的不穩定性影響，不便于將光具座以多角度展現給學生。像受物的影響而不穩定，因此像與物缺乏可對比性，干擾了學生對成像規律的歸納。學生分組探究活動常因課時等因素的制約也不充分，在課余能得到彌補較為困難，當然此活動能在家中完成更是奢望。實驗器材的配置使演示實驗、分組探究的效果打了折扣，學生能否較好的理解與應用凸透鏡成像的規律就變成了有答案的疑問。

為解決上述疑問，諸多教師嘗試過許多改進方案，如教材中物采用燭焰作為物，燭焰因受空氣擾動、燃燒等諸多因素的影響，難以保證外形特征的穩定，更無法讓實驗裝置移向教室的任意方位呈現給學生。有教師在探索中提出用發光二極管的組合、蒙有鏤空圖案的黑紙在手電燈罩上等方法替代教材中的燭焰。這些改進明顯提高了實驗效果，筆者認為上述做法仍有完善的空間。“發光二極管的組合”改進方案較復雜，制作需必備工具及較高的操作技能，改變物的形狀需重新制作，制作成本高、耗時長；“蒙有鏤空圖案的黑紙在手電燈罩上”改進方案不利于手電的散熱、鏤空圖案的大小受到手電燈罩面積的限制。筆者通過探索與嘗試，結合演示實驗要求的直觀與形象，分組實驗能激發學生的學習熱情與興趣的理念，對該實驗的器材選用從演示與分組兩方面提出了一些改進措施，進一步提高了實驗效果。

一、演示實驗在直觀性、穩定性及靈活展示方面的改進

1.針對教材中用燭焰作為物而不穩定，筆者采用了強光手電與透明圖案分離組合的方案，步驟如下：

1.1將強光手電（200lm以上）用支架按圖1方式固定在光具座左側A處。

1.2取下光具座配套的白色光屏換上半透的塑料板，用熱熔膠固定。利用辦公軟件編輯所需圖案后用膠帶紙將圖案粘在薄的紅色塑料袋上，沿圖案邊緣剪下粘在制作好的塑料墊紙板上，如圖2，并安放在圖1光具座的A、C間，如B處。

1.3點亮手電使光斑直接照射在圖案（F）上，并調整A、B間距離使光斑恰好覆蓋圖案，這樣就得到一個明亮的物，即紅色（F）圖案。

此方案形成的物，有以下優點：（1）手電筒照亮的紅色（F）圖案是靜態的，具有極強的穩定性，由此整個裝置可隨意移動至所需方向；（2）調節A、B間距離可改變落在圖案上的光斑大小，圖案的選擇受制約有限，光斑恰好覆蓋圖案即得到亮度最強的物；（3）因采用塑料紙粘在墊紙板上的做法，更改圖案方便，甚至可批量制作不同圖案、顏色的多個單件，更換便捷；（4）強光手電的發光強度足以使紅色（F）圖案所成實像在明亮的環境中也相當清晰。

2.在物與像的穩定性得到保證的前提下，像與物的對比變得輕松，筆者采用了在物和光屏上劃方格的方案，步驟如下：

2.1在圖2的塑料墊紙板上用油性記號筆劃上相同的等距虛線方格，如圖3。

2.2按圖2的方案再制作一只不粘圖案的等大光屏，劃上與圖3等距的實線方格，如圖4。

2.3將強光手電、圖3裝置、凸透鏡、圖4裝置依次安裝在如圖1的光具座上實驗，當成清晰實像時，比較實像占據圖4裝置的實線方格情況即可方便地得出像與物的大小對比情況。

此項調整雖動作小但優點明顯。（1）既可用刻度尺直接測量物與像的大小，也可通過虛、實線方格的對比得到像的縮、放情況；（2）能輕松觀察光屏正、反兩面的成像。

上述兩方面的改進，筆者曾在課堂上將整個裝置托起展示于學生之中，做到了讓每位學生都能近距離觀察實驗。

二、分組實驗裝置基本保留演示實驗裝置改進后的優點，實現實驗裝置的價廉、便捷及普及

1.強光手電的使用雖使實驗效果明顯提升，卻因價高原因，不利于普及。可改用低廉的LED手電與透明圖案組合的方案替代，步驟如下：

1.1采用如圖5類似的多頭LED手電，選其有以下因素：（1）價格低廉，多數產品可充電；（2）發光強度不比強光手電，但較普通手電有明顯優勢；（3）作為日用品，實驗后可作為家用。

1.2用演示實驗改進方案中的類似方法制作圖案，用膠帶紙將其固定在手電的燈罩玻璃上即為穩定、明亮的物。

2.光具座可用軟質家用量衣軟尺替代，易找、攜帶方便

3.其他實驗器材的替代

3.1凸透鏡不宜用老花鏡，因一般度數小，焦距大，不便于實驗。可尋找玻璃材質的高倍率、大口徑放大鏡替代，玻璃材質的放大鏡有清晰、耐磨等特點，放大鏡口徑大易獲得較高亮度的實像，高倍率放大鏡焦距較短，便于實驗和觀察。

3.2光屏可用長尾夾將白底的方格作文紙夾在較厚的書籍上即可。

3.3器材的固定可采用的方法較多，如：（1）手電筒可直接平放在堆疊的課本上，易于調節高度；（2）凸透鏡可插入空杯中，空隙處用廢舊報紙填充塞緊，易于調整它的位置及高度。

分組實驗的如此低成本的改進基本可以做到每位學生擁有一套便捷的實驗裝置。器材的收集源于生活品，使用后即可還于本色。因而既可改變學生墨守成規的意識，激發了學生對物理與生活的聯系，更利于學生通過探究活動，不斷發現問題，解決問題，加深對凸透鏡成像的規律的挖掘、理解與應用。