曹遠(yuǎn)強(qiáng)

卷卷老師：講述科學(xué)小實(shí)驗(yàn)的導(dǎo)師，中學(xué)物理教師，同學(xué)們眼中無(wú)所不能的“神人”，因?yàn)轭^發(fā)天生卷曲而得此別名。

小 璇：卷卷老師的女兒，初二學(xué)生，喜歡動(dòng)手實(shí)踐來(lái)解答心中的“為什么”。

小 博：與小璇同齡的鄰居家的孩子，人小膽大，好奇心非常重。

小 斐：小博的雙胞胎妹妹，既喜歡看熱鬧，又喜歡親手嘗試一探究竟。

卷卷老師拿著一個(gè)放大鏡，對(duì)小璇、小博和小斐說(shuō)：“今天我們來(lái)做幾個(gè)與生活有關(guān)的透鏡實(shí)驗(yàn)，大家仔細(xì)觀察！”

【實(shí)驗(yàn)器材】 放大鏡（老花鏡也可以）、火柴。

【實(shí)驗(yàn)過程】 1.在陽(yáng)光強(qiáng)烈的時(shí)候，把一根火柴放在干燥的紙上。

2.用凸透鏡聚集陽(yáng)光，盡量使陽(yáng)光垂直穿過透鏡，把焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)火柴頭（如圖一）。

3.過一段時(shí)間，火柴被點(diǎn)燃了。

“放大鏡就是一個(gè)凸透鏡，你們摸一摸，中間厚邊緣薄?！本砭砝蠋熤v解道，“凸透鏡對(duì)光線有匯聚作用，匯聚最亮的這個(gè)點(diǎn)叫作焦點(diǎn)，剛才就是把焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了火柴頭，才點(diǎn)燃了火柴。焦點(diǎn)到透鏡的距離叫作焦距。一個(gè)凸透鏡，如果焦距越小，說(shuō)明它對(duì)光線的匯聚程度越大。還有一類透鏡叫作凹透鏡，它們是中間薄邊緣厚的透鏡?！?/p>

小璇：“我知道，媽媽的近視眼鏡就是凹透鏡。”

“對(duì)，近視眼鏡都是凹透鏡，而老人戴的老花眼鏡都是凸透鏡。你們認(rèn)為凹透鏡對(duì)光線有什么作用呢？”

小博：“肯定是把光線散開的?！?/p>

卷卷老師：“非常正確，下面來(lái)看一個(gè)小實(shí)驗(yàn)。”

【實(shí)驗(yàn)器材】 近視眼鏡和老花眼鏡。

【實(shí)驗(yàn)過程】 1.在陽(yáng)光強(qiáng)烈的時(shí)候，拿一副老花眼鏡，使陽(yáng)光垂直射向鏡片。

2.在地板附近移動(dòng)它，會(huì)找到一個(gè)點(diǎn)特別亮，觀察這個(gè)點(diǎn)的周圍，發(fā)現(xiàn)比正常有陽(yáng)光的地方要暗（如圖二）。

3.用近視眼鏡做實(shí)驗(yàn)，找不到亮的光點(diǎn)，鏡片似乎不透光，在地上留下了暗影，仔細(xì)觀察，在陰影的四周有一圈比正常陽(yáng)光要亮的光斑（如圖三）。為什么？

【原理解析】 拿一副老花眼鏡觀察時(shí)，因?yàn)橥哥R把透過鏡面的陽(yáng)光向焦點(diǎn)匯聚。用近視眼鏡做實(shí)驗(yàn)時(shí)，因?yàn)榘纪哥R對(duì)光線有發(fā)散作用，鏡片所承接的陽(yáng)光被向四周發(fā)散。

卷卷老師變魔術(shù)般拿出一個(gè)礦泉水瓶子，里面有半瓶水：“看，三位，瓶子里面有水，我把水瓶放在陽(yáng)光下，大家認(rèn)真觀察。”

同學(xué)們看到瓶子下的石板上出現(xiàn)了很亮的光帶。

卷卷老師問：“為什么下面特別亮？”

小博：“我知道，這瓶子里面的水中間厚邊緣薄，相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，凸透鏡能匯聚光線。”

小璇：“就像剛才放大鏡點(diǎn)燃火柴一樣，夏天陽(yáng)光強(qiáng)烈，瓶中的水再對(duì)光線起到匯聚作用，假如它的下面有易燃的枯草，就會(huì)引起火災(zāi)。”

小斐：“我們看到電視里，有人很費(fèi)力地從山上撿拾垃圾，里面也有很多礦泉水瓶子，原來(lái)不但能美化環(huán)境，還能減少火災(zāi)隱患。”

“是啊，在草木茂盛的地方，不但要禁止煙火，礦泉水瓶子也是不能隨便丟棄的?！本砭砝蠋熁貞?yīng)道。

小斐想了想，提了個(gè)問題：“老師，是不是匯聚的透鏡成放大的像，而發(fā)散的透鏡成縮小的像？”

卷卷老師：“不能這樣說(shuō)，凸透鏡對(duì)光線有匯聚作用，但它既能成放大的像，也能成縮小的像。你們拿著老花眼鏡看遠(yuǎn)處的物體試一試。”

“是縮小的，哎呀，還是倒立的呢？”小斐喊道。小博趕快搶過眼鏡一試：“真的，都倒過來(lái)了！”小璇也拿過眼鏡觀察起來(lái)。

“凸透鏡能成正立放大的虛像，我們用它當(dāng)放大鏡用時(shí)，就是運(yùn)用了這一點(diǎn)，那什么條件下成正立放大的虛像呢？你們?cè)囈辉?。?/p>

他們?cè)嚵艘粫?huì)兒：“遠(yuǎn)了不行，比較近時(shí)可以?！?/p>

“對(duì)，前面我說(shuō)了凸透鏡的焦距，當(dāng)我們把物體放在焦距以內(nèi)時(shí)，成正立放大的虛像，這就是放大鏡的原理。剛才看遠(yuǎn)處，物體在距離透鏡大于二倍焦距時(shí)，成倒立縮小的實(shí)像，這就是照相機(jī)的原理，照相機(jī)的鏡頭就是一個(gè)凸透鏡。”

卷卷老師：“你們用凸透鏡對(duì)著書本上的字，調(diào)整距離，能不能找到字放大了而且是倒立的情況？”

幾個(gè)人興致勃勃地開始實(shí)驗(yàn)。

小璇忽然高興地嚷道：“我看到了，放大了，可字是倒立的！”

“老師，你是說(shuō)它成什么像與物體離透鏡的距離有關(guān)嗎？”

“老師，什么樣的像是實(shí)像，什么樣的像是虛像？”

大家的問題越來(lái)越多了。

“是啊，是與物體跟透鏡之間的距離有關(guān)，這個(gè)距離在物理上簡(jiǎn)稱物距。實(shí)像就是實(shí)際光線匯聚成的像，它可以用一個(gè)光屏來(lái)承接；而虛像呢，并不是由實(shí)際光線匯聚成的，而是由光的反向延長(zhǎng)線匯聚成的，不能用光屏承接。”

卷卷老師找好了器材，和大家開始做凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)。

【實(shí)驗(yàn)器材】 放大鏡（已測(cè)出焦距的凸透鏡）、蠟燭、火柴、白紙板（光屏）、長(zhǎng)刻度尺。

【實(shí)驗(yàn)過程】 1.在一條長(zhǎng)桌面上，畫一條直線（如圖四）。

2.點(diǎn)燃蠟燭，在桌面的一端直線上滴幾滴蠟，把燃著的蠟燭固定好。

3.沿著直線，一人手持凸透鏡距蠟燭火焰大于二倍焦距，另一人拿光屏在透鏡另一側(cè)（無(wú)蠟燭一側(cè)）移動(dòng)，尋找清晰的像。（移動(dòng)時(shí)要注意：與保持蠟燭和透鏡在同一直線上，光屏中心高度與透鏡中心、蠟燭火焰中心高度基本相同）觀察成像的大小、倒正，分析其虛實(shí)。第三人用刻度尺分別測(cè)量物距和像距，記錄好數(shù)據(jù)，并記錄成像情況。

4.調(diào)整透鏡與蠟燭之間的距離，使物距等于二倍焦距，重復(fù)前面的過程。

5.調(diào)整透鏡與蠟燭之間的距離，使物距小于二倍焦距，但大于一倍焦距，重復(fù)前面的過程。

6.調(diào)整透鏡與蠟燭之間的距離，使物距小于一倍焦距，移動(dòng)光屏看能否在光屏上找到像，然后在光屏一側(cè)，透過凸透鏡回望蠟燭，記錄觀察結(jié)果。

7.分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

通過半天的實(shí)驗(yàn)，卷卷老師結(jié)合數(shù)據(jù)和他們看到的現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論進(jìn)行了總結(jié)。

【原理解析】 當(dāng)物距大于二倍焦距時(shí)，成倒立縮小的實(shí)像，像距（成清晰像時(shí)，光屏距離透鏡的距離）處于大于一倍焦距小于二倍焦距的位置，是照相機(jī)的成像原理。

當(dāng)物距等于二倍焦距時(shí)，成倒立等大的實(shí)像，像距也等于二倍焦距。

當(dāng)物距大于一倍焦距小于二倍焦距時(shí)，成倒立放大的實(shí)像，像距大于二倍焦距，是幻燈機(jī)和投影儀的成像原理。

當(dāng)物距小于一倍焦距時(shí)，成正立放大的虛像（不能在光屏上），是放大鏡的成像原理。

通過實(shí)驗(yàn)，大家終于弄明白了放大鏡、幻燈機(jī)、照相機(jī)的成像原理，感覺很有收獲！

（編輯 文 墨）