“凸透鏡成像的規(guī)律”實驗器材對比與改進

付紅娟

摘 要：凸透鏡成像的規(guī)律是新人教版（2012版）八年級物理第五章第三節(jié)的內(nèi)容，是一個較完整的探究實驗，也是第五章的重點，《義務教育物理課程標準》中明確指出：“2.3.5探究并知道凸透鏡成像的規(guī)律。”課標里也把它列為20個學生必做實驗之一，可見本實驗的地位之重。通過本實驗，不僅使學生了解凸透鏡的成像規(guī)律，而且使學生了解科學探究的方法，要想達到這一目標，就需要呈現(xiàn)出理想的實驗效果，因此，實驗器材的選取就顯得尤為關鍵了。

關鍵詞：凸透鏡成像的規(guī)律；實驗；穩(wěn)定；對比；改進

在幾年的教學實踐中，我發(fā)現(xiàn)用傳統(tǒng)的實驗器材，學生并不能獨立、順利、高效地得出規(guī)律，在反復嘗試和摸索之后，我對器材進行了改進。

一、教材實驗裝置的不足

教材中的實驗裝置如圖1，分別是光具座、蠟燭、凸透鏡、 白屏、火柴。

1.蠟燭火焰作為物體

（1）我們都知道燃燒的火焰會跳動，不穩(wěn)定，并且不管教師演示還是學生分組實驗，實驗過程中肯定要相互交流甚至走動，越發(fā)使得成像的物體不穩(wěn)定，在像不停跳動的過程中得來的數(shù)據(jù)，可想而知誤差會多大，要想確定出放大和縮小的分界點那就更難了。

（2）蠟燭火焰自身有一定的厚度，物距該從火焰的哪個位置算起呢？這無疑又會產(chǎn)生誤差。

（3）學生能明確地判斷出所成的像是正立的還是倒立的，但要區(qū)分燭焰的左右就并不容易了，只能憑感覺主觀地判斷，這和“實事求是的實驗態(tài)度”就相違背了。

（4）為了使像成在光屏的中央，點燃蠟燭后要調(diào)節(jié)燭焰、凸透鏡和光屏，使三者中心大致在同一高度，此實驗需要一定的時間來完成，蠟燭隨著燃燒自身高度肯定會變小，這又如何保證“三心等高”？如果實驗時間長了，甚至會出現(xiàn)在屏上找不到像的情況，就需要重新調(diào)整高度。

（5）光現(xiàn)象的實驗通常在光線較暗的環(huán)境中更易觀察，蠟燭火焰本身亮度并不高，要求有良好的遮光條件，門窗關上倒是便于觀察了，但是蠟燭火焰燃燒時會產(chǎn)生刺鼻氣味，學生長時間在這樣的環(huán)境里肯定不利于身心健康。

（6）要點燃蠟燭必然要提供火柴，并且蠟燭火焰是明火，分組實驗不像傳統(tǒng)授課一樣好掌控，學生是活動的個體，這對他們來說就是安全隱患。

2.光具座上的刻度尺

學生在探究過程中要記錄物距和像距，每次都要經(jīng)歷“讀數(shù)→計算→記錄→比較”這個過程，如圖2中：

物距：62cm-50cm=12cm

像距：85cm-62cm=23cm

若凸透鏡焦距為10cm，則f2f。

這樣花費了過多時間，淡化了教學的重點，無法實現(xiàn)高效課堂，有的學生甚至會直接把從刻度尺上讀出的數(shù)誤認為是物距和像距，直接記錄下來。

二、對器材的改進方案和優(yōu)點

【改進1】更換成像物體，利用強光手電筒和透明圖案組合的方法替代蠟燭火焰。

具體做法：

（1）利用電池盒制作支架，連同強光手電筒固定于光具座左側(cè)。

（2）將毛玻璃板用熱熔膠與把手固定好，利用辦公軟件和紅色塑料袋制作“F”圖案，粘于毛玻璃板中央，固定到光具座上。

（3）打開手電，使光斑完全覆蓋圖案。這樣就得到一個明亮的物體了，參看圖5。

優(yōu)點：①圖案是靜態(tài)的，具有極強的穩(wěn)定性，整個裝置可以隨意移動到任意方向，尤其在向?qū)W生展示時；②可以批量制作不同顏色的不同圖案，取材簡單，更換也方便；③強光手電的發(fā)光強度可以調(diào)節(jié)，足以使成的像在明亮的環(huán)境中也很清晰。④“F”不僅上下好區(qū)分，左右也容易分辨，不需要教師過分引導，學生就能指出“左右顛倒”；⑤電筒不是明火，也不會產(chǎn)生不良氣味，可謂安全環(huán)保。

【改進2】在白屏左側(cè)粘貼與物體一模一樣的“F”圖案。

優(yōu)點：能輕松、直觀地比較物和像的大小、倒正關系，便于確定放大和縮小的分界點。

【改進3】增加背景標尺：用家裝余料制作而成，正面有刻度線和“游碼”，“游碼”可以移動，實驗前根據(jù)凸透鏡的焦距將游碼撥至O、F、2F處，如圖3。

優(yōu)點：參照明顯，不需要通過減法計算物距和像距，一眼就能看出物距、像距與f、2f的關系，“游碼”的位置可以根據(jù)不同凸透鏡的焦距來自由調(diào)節(jié)，突破了原器材的空間難點，大大提高了課堂效率。

改進后需要的器材：光具座、強光手電筒、毛玻璃板、紅色塑料袋、凸透鏡、白屏、背景標尺。

三、實驗現(xiàn)象

1.當u>2f時，f

2.當f2f，成倒立、放大的實像，如圖5。

3.當u

參考文獻：

潭世略，袁海泉.凸透鏡成像實驗的研究與改進[J].中學物理：初中版，2015，33（7）.