簡易透鏡合成演示儀的制作及應(yīng)用

康 峰

（會寧縣教師進(jìn)修學(xué)校，甘肅 會寧730799）

0 引言

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識是目前教學(xué)的趨勢，這也是目前新課程教材增加了許多研究性實(shí)驗(yàn)的原因。 隨著高效課堂的深入，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在中學(xué)學(xué)科教學(xué)中的地位越來越重要[1]。 筆者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，在原有物理光學(xué)透鏡實(shí)驗(yàn)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(xué)生對實(shí)驗(yàn)課積極性銳減。鑒于此，筆者利用低碳環(huán)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(shí)驗(yàn)中的這一問題，使中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課真正達(dá)到高效。

1 簡易透鏡合成演示儀的設(shè)計(jì)及制作

1.1 設(shè)計(jì)方案、原理及創(chuàng)新點(diǎn)

1.1.1 設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)。簡易透鏡合成演示儀裝置[2]，包括（圖1）透鏡圓環(huán)5，連通管9，透鏡圓環(huán)5 兩面均覆有透明膠膜6，其兩側(cè)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(huán)5 上方設(shè)有的排氣管3，下方經(jīng)連通管9 連接的排水管7 和壓水閥10，排氣管3 上設(shè)有的排氣閥4，排水管7 上設(shè)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(jìn)行透鏡特性實(shí)驗(yàn)時，先在水箱12 內(nèi)加適量清水，關(guān)閉排水閥8， 然后通過活塞13 的運(yùn)動結(jié)合壓水閥10 和吸水閥11 的配合運(yùn)動向透鏡圓環(huán)5 內(nèi)打水， 通過控制透明膠膜6 鼓起或內(nèi)陷程度，來演示透鏡特性實(shí)驗(yàn)。

圖1 簡易透鏡合成演示儀裝置設(shè)計(jì)圖

1.1.2 設(shè)計(jì)原理

該設(shè)計(jì)利用大氣壓原理、液體壓強(qiáng)原理、連通器原理及透鏡成像原理。 設(shè)計(jì)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(chuàng)新點(diǎn)

把水透鏡安裝到光學(xué)演示裝置上，解決了原有實(shí)驗(yàn)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(xù)變焦，實(shí)現(xiàn)不同焦距、不同類型透鏡實(shí)驗(yàn)。同時還節(jié)約經(jīng)費(fèi)、操作簡易、實(shí)驗(yàn)對比明顯。尤其適合廣大農(nóng)村學(xué)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(xué)滑塊。

（3）再在光學(xué)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(xué)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(yīng)用

2.1 簡易透鏡合成演示儀演示實(shí)驗(yàn)

2.1.1 凸透鏡合成演示

在進(jìn)行透鏡特性實(shí)驗(yàn)時，向透鏡圓環(huán)5 內(nèi)打水，使透明膠膜6 鼓起并調(diào)整好鼓起高度， 可通過則鼓起高度實(shí)現(xiàn)不同焦距的凸透鏡實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)其成像等特性實(shí)驗(yàn)。

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(huán)內(nèi)抽水，由于大氣壓作用，使其內(nèi)陷， 通過調(diào)整透明膠膜內(nèi)陷程度來實(shí)現(xiàn)不同焦距的凹透鏡實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)其成像等特性實(shí)驗(yàn)。全部實(shí)驗(yàn)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(yīng)用到諸如照相機(jī)、攝像機(jī)、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、潛望鏡等透鏡裝置。

3 簡易透鏡合成演示儀的優(yōu)勢

3.1 準(zhǔn)確示范

該裝置可通過控制透鏡圓環(huán)上透明膠膜鼓起高度及內(nèi)陷深度來實(shí)現(xiàn)不同焦距的透鏡特性演示實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確的示范教學(xué)中透鏡成像特性。

3.2 趣味的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)增強(qiáng)了創(chuàng)新思維能力

傳統(tǒng)的物理透鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中， 要不斷的更換不同焦距透鏡，這樣就會使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)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(xué)生的動手操作能力及創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維能力。

3.3 方便靈活設(shè)計(jì)理念激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)作激情

該系統(tǒng)的建立，不僅很好的解決了傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)儀器的繁瑣，還對開拓學(xué)生思維、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣起到了良好的促進(jìn)作用。 尤其對培養(yǎng)中學(xué)生創(chuàng)新能力方面起到積極作用。

［1］張銳.USB 免驅(qū)動視頻頭顯微數(shù)碼成像系統(tǒng)構(gòu)建及其應(yīng)用[J].生物學(xué)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.