凸透鏡成像實驗的改進

涂和平

摘 要：在初中科學物理部分的教學中對凸透鏡成像規律進行探究的實驗屬于一個非常重要的實驗，對于很多初中生來說，凸透鏡成像實驗屬于一個應用廣泛、結論嚴謹和內容繁多的一個實驗，往往具有一定的難度。與此同時，在新課程標準中凸透鏡成像實驗也被規定為必做的分組實驗，因此如何做好凸透鏡成像實驗受到了廣大物理教師的普遍關注。為了能夠更好地提升實驗效果，本文立足于原有實驗方案，對凸透鏡成像實驗的改進對策進行了分析和研究。

關鍵詞：初中科學；凸透鏡成像；實驗改進

作為一門以實驗為基礎的科學，物理學研究問題的主要方法就是實驗和觀察。在初中科學物理部分的教學中物理實驗除了屬于物理教學的基礎之外，同時還是促進物理教學有效性的重要內容和手段。通過凸透鏡成像實驗除了能夠讓學生將相關內容更好地掌握住之外，還可以使學生對探究成功的樂趣具有更好地體驗，極大地增強了學生學好初中科學物理部分的信心，筆者以自己的教學實踐經驗為根據對凸透鏡成像實驗的改進措施進行了介紹。

1 凸透鏡成像實驗光源的問題和改進措施

1.1 凸透鏡成像實驗光源的問題

首先，在使用蠟燭作為光源的時候，學生通過燭焰所形成的成像能夠將上下相反倒立的情況很好地觀察到，然而卻無法發現左右相反的成像特點，這時候只有用手煽火焰才可以讓學生觀察到。此外，這種方法無法長時間通過光屏承接，也無法使學生留下深刻的實驗印象。

其次，在具體的燃燒過程中蠟燭會出現不斷變短的情況，所以，光屏中心、凸透鏡光心、燭焰中心在蠟燭燃燒一段時間后不能夠保持在同一高度上，這時候必須要對三者的高度進行重新調整才能夠找到像，因此會對學生的思維產生極大地干擾作用[1]。

再次，在具體的操作過程中，學生肯定會由于自身的動作導致燭焰周圍出現空氣流動，而在空氣流動的情況下燭焰會發生晃動，并且出現大小不穩定的情況，因此影響到光屏上像的位置和清晰度，而且很難將最清晰像的位置確定下來，最終引發實驗誤差。此外，由于需要在密閉的暗室中進行該試驗，蠟燭燃燒在空氣與室外流通不暢的情況下會出現濃烈的氣味，并且增加實驗室內的二氧化碳濃度，對人體產生不良刺激。

最后，通常都是靠蠟淚將蠟燭粘在托盤上，這樣很容易導致蠟燭出現傾斜的情況，而且真實的燭焰到凸透鏡光心的距離無法被讀出，最終引發實驗誤差。此外，在進行實驗的過程中，學生需要用火柴將蠟燭點燃，而一些學生在完成實驗之后還會私下對擦燃火柴的樂趣進行再次體現，再加上在實驗的時候需要同時點燃幾十只蠟燭，因此整個實驗室中會出現很多的著火點，非常容易釀成燒傷事故，在嚴重的情況下還會引發火災，因此這種方式具有一定的安全隱患。

1.2 改進蠟燭光源的對策

為了使上述的問題得到有效的解決，在具體的實驗過程中可以采用由排列的發光二極管組成的“F”形圖案取代實驗中的發光物體燭焰。在光屏正面的中央位置以“F”樣圖案鑲嵌九個紅色的發光二極管，隨后用焊錫在光屏背面將九個二極管串聯在一起，與電池和開關連接上。這種改進方式具有以下幾個方面的優勢：

首先，在具體的實驗過程中風不會對光源產生影響，導致光源出現大小改變和晃動的情況，同時也有效地防止了由于燭焰晃動和蠟燭燃燒變短而帶來的實驗不便的問題，使得光屏上的成像具有更加穩定和清晰的特點，有效地降低了實驗誤差[2]。

其次，該光源本身屬于“F”形，因此學生能夠直接觀察到在光屏上成像具有左右、上下均相反的特點，通過這種方式能夠很好的糾正學生認為凸透鏡只有上下倒立的成像的錯誤觀念，因此能夠將學生學習中的一個認知難點很容易的突破掉。

最后，該光源還具有可重復使用、安全可靠和方便操作的一系列的優勢。

2 凸透鏡成像實驗光屏的問題和改進措施

采用傳統的實驗方法往往只能夠目測光屏上成像的大小，一旦在位于兩倍焦距的距離上物體成等大的實像時，很多學生就會錯誤的認為其是縮小的，這主要是由于與物體本身相比，成像顯得要暗，從而進一步導致學生產生變小的錯覺，通過這種方式利用目測的方法很難真正得到的結論。為此，在具體的實驗過程中教師可以將等間距的刻度標注在光源所在的承接像的光屏中，這樣在對成像大小進行觀察、比較和記錄的時候顯得更加方便，并且極大地提升了實驗的準確性。

3 凸透鏡成像實驗光具座的問題和改進措施

傳統實驗中光具座的最左端采用標尺和零刻度等，在具體的實驗過程中要想得出物距和像距，首先必須要經過兩次減法運算。在對其進行改進之后，在光具座原來45厘米的地方標注標尺將零刻度，然后在該位置對凸透鏡進行固定，分別從左右兩個位置將刻度值讀出，由于數字從中間到兩邊不斷地增大，這樣在實驗的過程只需要將其中的兩個數據讀出，而且不需要任何計算的過程就能夠將像距和物距得出。同時采用這種方式能夠有效地避免實驗以外的干擾因素，具有節省時間和減小難度的優勢，因此學生可以在科學探究中投入更多的精力[3]。

4 凸透鏡成像實驗透鏡的問題和改進措施

在具體的實驗過程中，按照凸透鏡的成像規律，如果將凸透鏡的一部分遮擋住，這時候成效就會變暗，而且成像的位置和大小則保持不變。如果學生沒有親自觀察這個現象，就不會接受這個規律。這時候就可以將一個遮光套加設在凸透鏡上，對成像在光變體發生變化之后是否條件變化進行觀察，其具體的做法為：首先對完整透鏡的成像情況進行認真觀察，最后通過遮光套的方式使透鏡的透光面積逐漸地發生改變，再讓學生對成像的變化情況進行認真觀察。實驗結果表明，通過該方法具有非常顯著的效果。

5 結語

在初中科學物理內容的教學中，物理實驗具有十分重要的作用。利用探究活動不僅可以讓學生獲得必要的技能和知識，還可以使學生在探究的活動中掌握創造和探究的能力，更為重要的是在探究活動中每個學生都能夠獲得較大的成就感，因此教師必須要重視物理實驗的教學，并且不斷地改進物理實驗方式，確保獲得最佳的實驗效果。

參考文獻：

[1]朱正華.初中物理教學中學生動手能力的培養[J].中學生數理化（教與學），2016（02）.

[2]郭玉英.在初中物理教學中培養學生的科學素養（下）[J].新課程教學（電子版），2015（07）.

[3]王令斌.淺談初中物理教學對學生能力的培養[J].中學課程輔導（教師教育），2016（02）.