自制小孔成像演示器

程榮貴

(南京師范大學附屬中學新城初級中學黃山路分校,江蘇,南京 210019)

在進行光的直線傳播教學時,小孔成像是非常重要的一個演示實驗．它不僅可以鞏固學生對光的直線傳播的認識,也可以為后續的學習做鋪墊,學生在探究平面鏡成像的特點時,會潛移默化的思考:平面鏡成的像是實像還是虛像?怎樣去驗證?像是倒立的還是正立的?帶著這些猜想去探究,課堂教學更有效．因此,通過自制小孔成像演示儀,進行小孔成像的探究,應該是光的直線傳播教學中不可或缺的一環節．

1 實驗原型及不足之處

初中物理許多版本的教材都有關于小孔成像實驗的內容,為了促進教學的有效性和提高學生學習物理的興趣,教師也在創造條件進行演示實驗．但由于沒有專門的實驗器材,一般情況下,教師的自制教具不夠精致,在教室環境下的演示實驗效果并不理想,造成教學效果達不到預期．

為了克服上述困難,使小孔成像實驗更具有可視性和可操作性,不僅增強教師的演示實驗能力和動手能力,更為了培養學生自制學具的能力,通過自制學具觀察小孔成像．筆者做了如下的自制小孔成像演示儀的探索．

首先,介紹小孔成像的原理: 光在均勻介質中,沿直線傳播．其原理如圖1所示．

圖2 小孔成像原理

3 自制小孔成像實驗演示器的制作

(1) 實驗器材.

紙盒一個,卡紙兩張(做暗箱內筒、外筒用)、LED光源、光屏、光具座,如圖2所示．

圖2

(2) 制作過程.

制作暗箱內筒:把小紙盒內部涂黑,紙盒個嵌套部分用雙面膠粘好,確保密封不透光;測量F光源的尺寸,再在紙盒的一側用裁紙刀挖出比F光源尺寸略小的尺寸,使其十分吻合地卡進小紙盒內,如圖3所示．

圖3

制作暗箱外筒:用卡紙繞在紙盒的外側,形成一個大紙盒的形狀并固定,可在小紙盒的外面自由伸縮且密封性能良好,如圖4所示．

制作小孔:測量出大紙盒的尺寸,再用卡紙剪一個略大于其尺寸的長方形卡片紙,用一根鐵釘在卡紙上釘一個孔,帶有小孔的卡紙可以固定在大紙盒上,便于實驗器材的密封性完整．如圖5所示．

圖4

圖5

最后把大小紙盒嵌套在一起,與F光源進行固定,并把帶有小孔的卡紙也用雙面膠粘在大紙盒上,組裝完成．如圖6所示．

圖6

(3) 實驗演示操作(簡要的教學流程).

制作完成的小孔成像演示器就可以進行演示實驗啦.第1步,打開F光源的開關,調節大小紙盒之間的距離(物距),使像清晰地呈現在光屏上(如圖7);第2步,研究小孔成像像的大小與像距的關系,僅改變光屏到大紙盒的距離(像距),觀察像的大小變化情況(如圖7、8);第3步,研究小孔成像像的大小與物距的關系,改變大小紙盒之間的距離(物距),同時調節光屏的位置,確保光屏與大紙盒之間的距離不變(像距不變),觀察像的大小變化情況(如圖9、10)．

圖7

圖8

圖9

圖10

(4) 實驗創新與改進之處(制作、使用).

筆者利用光具座和F光源制作的小孔成像演示儀相對于一般的小孔成像演示儀在制作和使用上有如下優點.

① 光具座、F光源、紙盒的材料獲取方便,另外只需要一些常見的雙面膠、剪刀即可,不僅方便教師及時準備自制教具,而且方便學生親手制作和驗證;同時制作過程簡單,關鍵步驟是把小暗盒與F光源嵌套在一起,再用一片有孔的硬紙片在另一端進行密封就基本完成．

② 設計過程避免了環境的影響．一是通過進行利用探究凸透鏡成像實驗的F光源,F光源是LED燈,亮度大,實驗效果更好;二是利用密封的紙盒幾乎是黑暗的,成像的清晰程度高．三是紙盒與F光源、大小紙盒緊密結合,不透光,更有利于觀察實驗現象．

③ 可反復使用,操作方便．要想觀察小孔成像,只需要用手前后拉動大紙盒,在光屏上就可呈現大小不同的倒立實像;也可移動光屏,改變像距,觀察實像的變化情況．若要利用光具座進行其他實驗,只需要取下紙盒即可,方便保存、安裝和再次使用．

4 實驗效果評述:(改進后的實驗對學生物理學科素養培養所起的作用)

物理教學的有效開展不需要強制,而是激發并培養學生的學習興趣．進行改進的自制小孔成像演示儀,不僅教師可以作為教具進行教學,學生也可以在實驗室自主完成,能夠有效地激發學習物理的興趣,使之在輕松愉悅的氣氛下學習,掌握知識,同時可以關注學生思維能力的養成．

同時,自制教具學具,使學生變苦學,厭學,死學,難學不會學為樂學,好學,活學,易學,會學,逐步培養其主動,探求知識．可以幫助學生培養發散思維、形成創新意識;也可以引導學生充分發揮學生的主觀能動性,進行合理的質疑．即使小孔成像實驗的原理與現象學生了然于心,但學生通過自制學具,也能從不同角度和方向進行再思考,以不斷完善和構建自身的物理知識框架、以及形成科學的思考問題的方式．

如在探究小孔成像像的大小與像距的關系時,只能改變光屏的位置,在探究小孔成像像的大小與物距的關系時,在改變物距大小的同時,要通過移動光屏保持像距不變．學生演示,筆者進行適當指導,及時糾正不規范操作和實驗方法的應用,既加深了對小孔成像規律的理解,又增強了學生實驗探究與實踐操作的銜接,為學生的學習知識的方式提供了新途徑．