對探究凸透鏡成像規律實驗的思考與研究

齊愛華

摘 要：在初中物理實驗教學中，“探究凸透鏡成像規律”作為實驗課的重點，其教學難點多且集中，影響了實驗教學效果。對此，筆者依照自身多年教學經驗，對該實驗進行深入思考與研究，并提出了改進措施，以便降低實驗難度，提高實驗教學效率。

關鍵詞：凸透鏡成像規律實驗 思考與研究 改進

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2019）03-0-01

前言

在八年級物理光學中的凸透鏡成像的規律實驗中，相信很多教師都遇到以下問題：明明物距相等，不同組學生卻測量出不同的像距；難以確定像與原物的準確大小，在物距與二倍焦距等同時，一部分學生得到倒立放大的實像，而部分學生卻得到倒立縮小實像；在實驗過程中，學生大多依照教師要求進行操作，驗證凸透鏡成像規律，卻不是自己一步步通過實驗得出，實驗效果不佳。對于種種現象，筆者展開思考與研究。

一、探究凸透鏡成像規律實驗中常見問題

至今為止，在探究凸透鏡成像規律的實驗中，蠟燭仍是實驗的主要用具，便于學生清晰了解光的成像原理的同時，也存在一定問題，影響了學生對實驗的掌握。具體來講，在實驗器材上，蠟燭發光簡單，卻搖擺不定，蠟燭加火焰的準確高度無法測量，影響了實物與成像的比較，且蠟燭為圓柱形，物距并非唯一值，為清晰確定像的位置帶來影響，導致測量數據存在誤差。在實驗操作方面，部分學生總是無法快速并準確的在光屏上找到清晰的圖像，而導致該問題的原因是：學生在將蠟燭固定在某一位置后，移動光屏，不見成像后，又移動透鏡，如此，成像效果受到影響，而學生將透鏡移動前的物距與焦距進行比較，結果出現錯誤。在數據處理上，實驗過程中，光具座、透鏡、物體依次排開，透鏡多固定在中間位置，40-50cm處，學生在讀出物距后，需要進行計算，才能得出準確距離，但是，諸多學生因為馬虎大意，直接忘記計算，最終整理實驗數據時，難以得到準確的成像規律。為掌握實驗規律，學生需要采集大量數據，在數據中尋找規律，但是，若沒有教師引導，學生很難保障所得結論的正確且全面；若在實驗探究前直接給予學生兩個分界點，由學生界定三個范圍，引導學生觀察三個區域內凸透鏡的成像特點，降低實驗與數據分析難度的同時，卻也失去了學生自主研究的意義，實驗效果不佳[1]。

二、探究凸透鏡成像規律實驗的改進措施

1.成像物體的改進

在原先實驗過程中，蠟燭是常用的凸透鏡成像物體，然而，在實驗過程中，蠟燭火焰并非固定不動，始終處于不穩定狀態，為保障成像的清晰度，往往需要兩個人，一個人保護燭焰，保障燭焰穩定，一個人調整光屏，使成像處于最清晰狀態，增大了實驗難度[2]。同時，在明亮的教室，燭焰效果并不好，若在暗室進行實驗，學生很難清晰觀察數據，如此，蠟燭成像的效果不佳，直接增大了誤差率。對此，可改換成像物體，保障成像物體的穩定性，并保證其在明亮教室內依然清晰呈現在光屏上。如：將蠟燭更換為發光數碼顯示管，實驗過程中，可將數碼管上的數字調為“7”，便于學生清晰成像與后續的圖像測量。

2.光屏的改進

通常，在實驗過程中，所用光屏多是一面白板，上面未標識任何刻度，在判斷成像與實物圖的大小時，多是進行估算，準確度不高，影響了實驗的嚴謹性。對此，可對光屏進行改進，在光屏上標有刻度，以光屏中心為原點，通過建立直角坐標系，確定成像的大小，為學生探究凸透鏡成像規律提供堅實的數據基礎。

3.添加刻度尺

須知，光具座上的滑塊、滑動橫桿間存在一定間隙，隨著使用時間與使用次數的延長，滑塊上的成像物體、凸透鏡、光屏等與滑動橫桿間并不垂直，在實驗過程中，依照滑塊標記的距離進行探究實驗，往往存在較大誤差[3]。對此，可在光具座與儀器上方的對稱點放置刻度尺，如圖1所示，保障所測量的位置是實驗的真實距離，有效控制誤差。

4.實驗數據收集方式的改進

縱觀以往的教學實驗，筆者發現，在實驗數據的收集與分析中，常出現各種問題：有時教師全部放權于學生，學生很難保障所收集數據的準確性與全面，如此，不僅浪費大量時間，最終實驗結果難以保障；而某些教師為避免學生無頭緒，多會為學生界定三個范圍，如此，提高了學生收集數據的速度，但是，學生最終未達到鍛煉效果。對此，優化實驗數據的收集方式，成為重點。

實際上，想要得出凸透鏡成像規律，了解物距與焦距的關系，具有很多方式，但是，筆者依照多年教學經驗，認為以下方式較為適合實驗教學。教師將學生進行分組，使學生分別對倒立放大、倒立縮小進行收集，首先，引導學生觀察數據，尋找規律，學生會發現，當物距>像距，則白屏上成像為倒立縮小，若物距<像距，則白屏上成像為倒立放大，依照此規律，學生猜想物距=像距時，成像是否為倒立等大，并進行驗證，如此，學生能夠準確了解成像規律。而在驗證過程中，某些細心學生將會發現，實物與成像等大時，物距與像距為教具的兩倍，之后，教師可引導學生物距為兩倍焦距，像距為一倍焦距時，成像與實物的差異；物距為一倍焦距，像距為兩倍焦距，成像與實物的差異等，如此，學生不僅能夠快速掌握凸透鏡實驗規律，還真正發揮了學生自主研究的效果。

總結

總之，在初中物理教學中，凸透鏡成像實驗不僅是一門重要實驗課，還關系著學生對光學的學習與掌握，若教師仍然沿用傳統的實驗方式，將很難發揮實驗效果，實驗課開設的真正目的難以發揮。對此，應積極改進物理實驗，對成像物體、光屏、刻度尺、數據收集方式等進行改進與優化，如此，積極解決實驗過程中存在的問題，充分發揮實驗教學效果。

參考文獻

[1]陳達成.探究凸透鏡成像規律實驗裝置及探究方法的改進[J].廣西物理，2016（2）：37-39.

[2]蔡伶翠.“探究凸透鏡成像規律”實驗復習[J].課程教材教學研究：中教研究，2017（Z6）：68-70.

[3]宋福莉.小改變 大突破——一堂成功的“探究凸透鏡成像規律”實驗課課后反思[J].中學物理，2015，33（8）：38-38.