自制七段數(shù)碼管在初中物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

摘 要：在研究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)分組實(shí)驗(yàn)使用蠟燭作為光源雖然時(shí)間非常久了，仔細(xì)分析，蠟燭作為光源仍然存在一系列的問題。通過自制七段數(shù)碼管作為光源，在安全、環(huán)保方面、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性方面和探究成像性質(zhì)的可操作性方面都對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：自制； 七段數(shù)碼管； 光學(xué)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2013）01-014-001

物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，通過物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣和動(dòng)手操作能力。凸透鏡的成像規(guī)律是初中物理教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，必須通過分組實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。通過自制七段數(shù)碼管替代蠟燭作為光源是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的一次改進(jìn)。

一、在研究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)分組實(shí)驗(yàn)使用蠟燭作為光源產(chǎn)生了一系列的問題

1.使用蠟燭在安全、環(huán)保方面的不足之處

使用蠟燭作為光源，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中容易引發(fā)燒傷和燙傷，并存在一定的火災(zāi)隱患，如不小心點(diǎn)著了窗簾、專心實(shí)驗(yàn)時(shí)燒到了頭發(fā)和衣服。在實(shí)驗(yàn)的過程中，為了減小蠟燭火焰的晃動(dòng)，經(jīng)常通過關(guān)閉門窗來減少教室內(nèi)空氣流動(dòng)，但由于多支蠟燭同時(shí)燃燒產(chǎn)生較多一氧化碳和二氧化碳，很短時(shí)間，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣質(zhì)量就很差，對(duì)學(xué)生的身體健康不利。實(shí)驗(yàn)過后，老師發(fā)現(xiàn)，桌面上和光具座上滴了好多蠟滴，難以清理，光具座軌道上的蠟滴凝固后還會(huì)影響蠟燭、凸透鏡和光屏的移動(dòng)。蠟燭燃燒產(chǎn)生的炭黑附著在墻壁上和桌面上，影響實(shí)驗(yàn)室的整體環(huán)境。

2.使用蠟燭在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性方面的不足之處

蠟燭火焰本身是一個(gè)立體光焰，在燃燒的過程中還可能出現(xiàn)火焰的晃動(dòng)。在固定蠟燭和透鏡的位置后，學(xué)生在測(cè)量像距時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)光屏在一小段范圍內(nèi)移動(dòng)都能夠得到肉眼看起來較為清晰的像，在這個(gè)清晰的范圍內(nèi)，光屏的擺放位置具有隨機(jī)性。因此，學(xué)生在測(cè)量物距和像距時(shí)，都可能因?yàn)榱Ⅲw光源的問題使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在明顯的誤差。

3.使用蠟燭在研究成像性質(zhì)方面的不足之處

蠟燭可以看作軸對(duì)稱光源，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究會(huì)發(fā)現(xiàn)光源在什么區(qū)域內(nèi)能成上下顛倒的像。然而，蠟燭的像左右是否顛倒學(xué)生卻不容易答上來，此問題也不便于借助蠟燭作為光源來進(jìn)行研究。

鑒于蠟燭作為光源在凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)中的不足之處，筆者通過自制七段數(shù)碼管替代蠟燭作為實(shí)驗(yàn)光源，在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了嘗試。

二、七段數(shù)碼管光源的制作過程

1.制作的材料

（1）0.6吋7段數(shù)碼管1個(gè)（紅光、型號(hào)LG5011BSR）

（2）CR2032電池及底座各一個(gè)

（3）8.5自鎖開關(guān)一個(gè)

（4）印刷線路板（30mm×70mm）一塊

（5）塑料機(jī)殼（85mm×50mm×22mm）一個(gè)

2.制作過程和方法

（1）把數(shù)碼管、電池底座、開關(guān)插在線路板上，按電路圖焊接相應(yīng)的引腳：

閉合開關(guān)后即為一個(gè)發(fā)光的“E”，橫放則成為“M”。

（2）在機(jī)殼相應(yīng)的位置開與數(shù)碼管大小相同的窗口和開關(guān)孔。

（3）將線路板用熱熔膠與機(jī)殼固定。

該光源制作時(shí)間不超過三十分鐘，制作成本在五元以內(nèi)。

三、自制光源在實(shí)踐中的優(yōu)點(diǎn)凸顯

1.在安全、環(huán)保方面

利用七段數(shù)碼管作為光源自然避免了蠟燭燃燒和滴蠟帶來的一系列問題。同時(shí)，在環(huán)保方面更為突出，蠟燭在凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中基本屬于耗材，蠟燭燒短了以后將不能繼續(xù)使用。數(shù)碼管不存在這方面的損耗問題，電池的使用壽命也能達(dá)到兩到三年，長(zhǎng)期使用核算下來，比使用蠟燭更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

2.在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性方面

數(shù)碼管是平面光源，因此，光源在光具座上的位置更準(zhǔn)確。在固定數(shù)碼管和凸透鏡的時(shí)候，移動(dòng)光屏，發(fā)現(xiàn)清晰像在光屏上的位置更容易確定。因此在使用數(shù)碼管作為光源時(shí)，物距和像距的測(cè)量數(shù)據(jù)在準(zhǔn)確性方面有提高。

3.在探究成像性質(zhì)方面

數(shù)碼管光源可以做成“A”、“E”、“F”等多種形狀的字母光源。使用“A” 作為光源，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)像是上下顛倒的；使用“E”作為光源，學(xué)生容易發(fā)現(xiàn)像是左右顛倒的，使用“F”學(xué)生又發(fā)現(xiàn)像是上下和左右都是顛倒的。在探究活動(dòng)中通過對(duì)成像的情況的猜想和光源的選取，能夠培養(yǎng)學(xué)生的想象力、判斷力和綜合的探究能力。

進(jìn)一步設(shè)想，利用七段數(shù)碼管作為光源還可用于探究小孔成像的特點(diǎn)等實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，在第二課堂活動(dòng)中，帶領(lǐng)學(xué)生動(dòng)手自制七段數(shù)碼管有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。