簡易透鏡合成演示儀的制作及應用

康 峰

（會寧縣教師進修學校，甘肅 會寧730799）

0 引言

培養學生創造性思維，引導學生進行研究性學習，培養學生創新意識是目前教學的趨勢，這也是目前新課程教材增加了許多研究性實驗的原因。 隨著高效課堂的深入，實驗教學在中學學科教學中的地位越來越重要[1]。 筆者在實驗教學中發現，在原有物理光學透鏡實驗中，演示時需多次更換透鏡，過程操作繁瑣且缺乏趣味性，致學生對實驗課積極性銳減。鑒于此，筆者利用低碳環保的一些成本低廉的材料，制作出了使用方便的簡易透鏡合成演示儀，很好地解決了廣大師生在透鏡實驗中的這一問題，使中學物理實驗課真正達到高效。

1 簡易透鏡合成演示儀的設計及制作

1.1 設計方案、原理及創新點

1.1.1 設計方案

制作的簡易透鏡合成演示儀，利用水透鏡代替玻璃透鏡，同裝置演示不同焦距的凸透鏡及凹透鏡特性演示實驗。簡易透鏡合成演示儀裝置[2]，包括（圖1）透鏡圓環5，連通管9，透鏡圓環5 兩面均覆有透明膠膜6，其兩側分置的光屏2 和光源14，和光屏2 滑動連接的滑軌1，透鏡圓環5 上方設有的排氣管3，下方經連通管9 連接的排水管7 和壓水閥10，排氣管3 上設有的排氣閥4，排水管7 上設有的排水閥8；壓水閥10 另一端又連接的吸水閥11 和活塞13，吸水閥11 另一端連接的水箱12。 在進行透鏡特性實驗時，先在水箱12 內加適量清水，關閉排水閥8， 然后通過活塞13 的運動結合壓水閥10 和吸水閥11 的配合運動向透鏡圓環5 內打水， 通過控制透明膠膜6 鼓起或內陷程度，來演示透鏡特性實驗。

圖1 簡易透鏡合成演示儀裝置設計圖

1.1.2 設計原理

該設計利用大氣壓原理、液體壓強原理、連通器原理及透鏡成像原理。 設計原理示意見圖2、圖3。

圖2 凹透鏡示意圖

圖3 凹透鏡示意圖

1.1.3 創新點

把水透鏡安裝到光學演示裝置上，解決了原有實驗中多次更換透鏡的不足。 最主要的是該演示儀中的水透鏡能夠連續變焦，實現不同焦距、不同類型透鏡實驗。同時還節約經費、操作簡易、實驗對比明顯。尤其適合廣大農村學校使用。

1.2 所需的材料和工具及加工

材料：鋁合金窗框料，10cm 長鋼筋（直徑6mm），302 膠水，100ml注射器，250ml 吊桶，輸液器、廢卷尺，乳膠膜，光屏等。工具：剪刀，美工刀片，鋼鋸，絲錐等。加工技法：均為手工制作。

1.3 制作過程

（1）用長70cm 的55 系列鋁合金框料為軌道底座。

（2）用長度3cm 的55 系列鋁合金斷橋隔熱材料制作光學滑塊。

（3）再在光學滑塊上用絲錐開絲孔（6mm）。

（4）用100ml 注射器和透性薄膜制作水透鏡，再連接水槽和注射器，制成可變焦水透鏡。

（5）將光屏、水透鏡、光源等原件連接到光學滑塊上，制成簡易透鏡合成演示儀。 如圖4。

圖4 簡易透鏡合成演示儀裝置

2 簡易透鏡合成演示儀的應用

2.1 簡易透鏡合成演示儀演示實驗

2.1.1 凸透鏡合成演示

在進行透鏡特性實驗時，向透鏡圓環5 內打水，使透明膠膜6 鼓起并調整好鼓起高度， 可通過則鼓起高度實現不同焦距的凸透鏡實驗，實現其成像等特性實驗。

2.1.2 凹透鏡合成演示

同上所述，向鼓起透明膠膜的透鏡圓環內抽水，由于大氣壓作用，使其內陷， 通過調整透明膠膜內陷程度來實現不同焦距的凹透鏡實驗，實現其成像等特性實驗。全部實驗完畢后，打開排氣閥4 和排水閥10 清空裝置中殘留的水待下次使用。

2.2 其他用途

演示儀中的水透鏡，可應用到諸如照相機、攝像機、望遠鏡、顯微鏡、潛望鏡等透鏡裝置。

3 簡易透鏡合成演示儀的優勢

3.1 準確示范

該裝置可通過控制透鏡圓環上透明膠膜鼓起高度及內陷深度來實現不同焦距的透鏡特性演示實驗，準確的示范教學中透鏡成像特性。

3.2 趣味的物理實驗教學增強了創新思維能力

傳統的物理透鏡實驗教學過程中， 要不斷的更換不同焦距透鏡，這樣就會使學生在實驗過程中產生疲勞等，改裝的簡易透鏡合成演示儀不僅增加了趣味性，也增加了學生的動手操作能力及創新設計思維能力。

3.3 方便靈活設計理念激發了學生的創作激情

該系統的建立，不僅很好的解決了傳統物理實驗教學中實驗儀器的繁瑣，還對開拓學生思維、激發學生學習興趣起到了良好的促進作用。 尤其對培養中學生創新能力方面起到積極作用。

［1］張銳.USB 免驅動視頻頭顯微數碼成像系統構建及其應用[J].生物學通報.2013,48(4):53-54.

［2］康峰.透鏡特性演示裝置.中國, ZL 2010 2 0696153.1[P].2011-08-10.