開展“液體透鏡”實驗，助力光學探究教學

光的折射規律、凸透鏡成像特點、眼的成像原理、近視眼等，是華師大版初中科學八下第二章后三節的重點內容，其中探究和認識凸透鏡成像特點、物體離人距離變化時晶狀體是怎樣調節使之成像的，是本章的難點，針對上述的重難點我們在日常教學活動中引進了“液體透鏡”，既揭發學生的探究欲望，又提供了發現問題的機會，并且“液體透鏡”制作簡單，材料取材比較容易。具體做法如下：

第一階段：學習光的折射規律、凸透鏡成像特點后，適時布置以下家庭小實驗：

①用一次性透明水杯或玻璃水杯，裝入適量的水，杯中放入五角硬幣（5字面朝上），從不同角度觀察，你能看到幾個像？幾個像有異同嗎？

②用三支水筆芯并排（成一條直線，水筆芯間距約2厘米左右）插入一塊硬紙板中固定，然后放入裝適量水的玻璃水杯中（如下模型圖），通過水杯觀察，你看到了啥？

③在白紙上用紅筆寫上3號字大小的“F”并加粗，把此白紙豎直放置，用手拿著裝有大半杯水的一次性透明水杯于“F”字的正前方，并靠近白紙，眼睛通過水杯看“F”字，慢慢增大水杯與白紙簡的距離，你看到了什么？

實驗要求：每個學生完成上述三個小實驗；可以一人完成，父母配合；也可多人合作；實驗現象用父母的手機拍照，如有必要可配上文字說明，把照片及文字說明上傳到老師的郵箱。

第二階段：成果展示，現象分析。

A課堂上集中大屏幕展示（每班學生參與率極高），在分享成功喜悅的同時比較自己的不足。以下選取的是典型的學生成果圖片。

B實驗現象分析

①號實驗現象，根據成果照片可分成三類（集中展示）：A三個像，B二個像，C三個像但個別像不完整。

分析：只看到二個像的，學生討論找出問題所在，教師提供器材讓這部分學生重新實驗，注意調整眼睛觀察位置，直到看到三個像。

能看到三個像，但個別像不完整的，比較找出原因是五角硬幣靠近杯壁或水過多過少，調整水面高低（半杯水最適宜），并把硬幣移到水杯的中央即可；重新實驗BC兩類學生均看到三個像。

追問：你們看清楚了三個像中每個像的性質嗎？學生一片迷茫。提供器材重新實驗看清像的性質。老師及時提醒仔細觀察的重要性，因為學好科學最基本的方法是觀察和實驗。

結論：①號實驗，可以看到三個像，中間一個正立縮小，前面一個正立放大，后面一個倒立放大。成像光路如下圖：

②號實驗：中間筆芯變化不明顯（此筆芯在杯中間且不粗），左右二支筆芯分別向左右偏折，且橫向放大；成像光路如下圖：

玻璃水杯注水后，注水部分的每一個橫切面就形成了一個凸透鏡。

先分析左邊的筷子。左邊的筷子被水分成了兩個部分，水上部分和水下部分。從水上部分的筷子上反射過來的光線雖經過玻璃，也產生了折射，但是影響很小，基本可以忽略。從水下部分的筷子上的某一點A上反射過來的光線，經過凸透鏡的折射，折射角大于入射角，改變方向，人眼接收到此折射過來的光線后，感覺上光線是沿直線傳播的，以為是從B處射過來的。所以左邊筷子的水上部分和水下部分在人眼中就被看成了兩截。右邊筷子的情況與左邊筷子的情況一樣。

再分析中間的筷子。中間筷子雖然也被分成了水上部分和水下部分，但是正好位于中心，光線與法線重疊，入射角和折射角相等。光線沒有改變方向。所以中間的筷子的水上部分和水下部分看以來仍舊是直線。

另外，所有筷子的水下部分看起來比水上部分粗，這是因為凸透鏡將水下筷子放大了。

③號實驗：靠近白紙時“F”被同向放大；水杯距白紙遠一些，隨著水杯和白紙間的距離增加，F字開始模糊，等再看清時，它已經轉了方向，但仍是放大；繼續把水杯向你移動，F會慢慢變小，指向跟白紙上畫的 反了。請同學們用凸透鏡成像規律解析之。同時發現實像用肉眼可直接觀察。否定了部分學生原先認為“實像必須要光屏得到的”錯誤結論。

拓展階段：可改變凸度（焦距）及介質的“液體透鏡”。此階段主要針對學優興趣濃的學生。而下述的探究題可面向全體學生。

材料：透明橡皮膜（或醫葡萄糖袋、果汁露袋等）、注射器（實驗室提供）、乳膠管（實驗室提供）、止水夾、酒精（實驗室提供）、煤油（實驗室提供）。老師提供二個可顯示光路的器材--透明玻璃容器（內充蚊香煙霧）。

學生課外制作液體透鏡的橡皮膜帶回學校，老師提供必要的器件，組裝成如下圖裝置，按下列要求相應的探究。

⑴讓光線沿圖示方向射入玻璃容器，經透鏡折射后折射光線將______________（填“偏離”或“偏向”）主光軸。如果此時再

用注射器向橡皮膜注水，改變液體透鏡的凸起程度，側折射光線偏折程度_____________（填“會改變”或“不改變”），在玻璃容器中充入蚊香煙霧的目的是____________________________________________________。

（2）上述實驗跟我們眼睛看遠近物體時晶狀體曲度調節類似，既眼睛看遠處物體時，晶狀體凸度_____________，相當于凸透鏡焦距變_____________；眼睛看近處物體時，晶狀體凸度_____________，相當于凸透鏡焦距變_____________；從而使遠近物體的像成在視網膜上。近視眼的缺陷就是晶狀體凸度過_____________，或眼球前后距離過_____________，使物像成在視網膜前，可用_____________矯正。

（3）為了探究“影響液體透鏡折光能力強弱的因素”，在圖所示的裝置中，保持液體透鏡的凸起程度即形狀不變，先后在橡皮膜中注入酒精和煤油，觀察光線經不同液體透鏡折射后的偏折程度，此時，他們是在探究液體透鏡折光能力與_____________是否有關，在此探究過程中保持液體透鏡的凸起程度，即形狀不變的具體原因是_______________________________________

實踐證明，在初中科學教學中開展“液體透鏡”實驗，不但可以激發學生學習的興趣，同時也能提高學生科學素養；愛因斯坦曾經說過：“人類的一切經驗和感受中，以神秘感最為美妙，這是一切真正藝術創作及科學發明的靈感源泉。”

參考文獻：

[1]華師大版八下科學教師教學用書，2014年1月第一版