凸透鏡成像實驗的改進

楊君太

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1672 -1578（2018）02 -0137 -01

研究凸透鏡成像的實驗是初中學生必做的分組實驗，是學生后續進一步學習光學及凸透鏡應用的基礎，是期末、中考的必考點之一。通過這個試驗能培養學生的觀察、思考、比較歸類、概括總結的能力，是教學的重點也是難點。

1.現在教材中實驗器材的缺點

現行教材中凸透鏡成像實驗以蠟燭火焰為光源。蠟燭的火焰有不穩定、流出燭淚、燈芯過長等缺點，給實驗帶來了很多不便。且只能看出像的正倒，不能看出像的左右與物體相反。光屏時半透明的，導致像不清晰。現在有用“F”型光源來代替蠟燭，雖然避免了蠟燭火焰不穩定等缺點，但仍然不是點光源，難以做出當u=f時得到一束平行光的實驗；也不能精確比較像與物體的大小。所以很多教師在做這個實驗時都只做u>2f、2f>u>f、u

2.對凸透鏡成像實驗的改進

2.1 器材的改進

（1）在豎直的“F”型（有些“F”光源是傾斜的）光源的上增加一個LED點光源。

（2）在光屏上的適當位置畫出與“F”等大的、倒立的、左右相反的圖案（在做u=2f實驗時像與圖案完全重合），并為光屏做一個遮光罩或將光屏的一面做不透光處理。

（3）在光源過點光源和“F”的幾何中心、凸透鏡的光心、光屏的中心分別作一條水平線，延長到三者的側面，在側面作出標記，利于將三者調整在同一水平線上。

（4）將刻度尺40cm處改為O起點，往兩邊增大讀數。

2.2 實驗操作的改進

（1）由于凸透鏡的焦距在制造過程存在誤差，每一個凸透鏡的實際焦距都不可能百分之百的等于標稱焦距，一般都有3mm誤差，這就要求在實驗過程中注意誤差范圍。

（2）對u=2f和u=f的成像實驗操作的改進。

①把凸透鏡放在“O”厘米處。

②把遮光罩套在光屏上，把畫有“F”的一面朝向凸透鏡。

③u= 2f的實驗操作（以，=10 +0. 3cm）為例進行說明：

2f= 20 +0. 6cm，即是u的取值范圍在19. 4cm和20. 6cm之間，考慮到實際誤差可能會更大，所以取更大的范圍（如18 cm-22cm）。

把“F”光源、光屏都放在18（或更小）厘米處，點亮“F”光源，慢慢把光源和光屏往22厘米處移動，直到u=v、像與光屏上的圖案重合，像最清晰最明亮。此時的u或v就是較精確的2f。（也可反向做）

這個實驗既得出u=2f時，成倒立的等大的實像的結論，也找到了比較精確的2f。

④u=f的實驗操作：

根據前面實驗得出的焦距值，把光源放在焦點處（適當左右小范圍移動），只打開點光源。左右移動光屏，觀察到光屏上的圓形光斑大小幾乎不變，從而得出結論：u=f時，不成像，得到一束平行光。

3.改進后的優點

改進后實驗解決了原器材不能做“=2f和u=f這兩個點上的實驗的問題，更使實驗操作簡單方便，節省大量的實驗時間，也有利于對凸透鏡成像性質的歸納總結。

4.用點光源做u=f的實驗原理

（1）蠟燭火焰和“F”光源在焦點處的光路圖，隨著光屏的遠離，圓形光斑會逐漸變成跟物體的形狀很相似，得不到“平行光”的結論。

（2）點光源在焦點處的光路圖，光屏在近在遠都得到大小基本相等的光斑，說明從焦點上發出的光經凸透鏡折射后變成平行光。