張晶 李巖 高葳

摘 要：凸透鏡成像規(guī)律歷來是中考的高頻考點。近年來凸透鏡成像實驗題的考察越來越傾向于實驗操作，實驗現(xiàn)象分析及相關(guān)操作評估。針對此類問題本文給出講解分析。

關(guān)鍵詞：凸透鏡成像實驗；規(guī)律分析；題目設(shè)計

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）7-0046-4

凸透鏡成像規(guī)律歷來是中考復(fù)習(xí)中的重難點。近年來對于本實驗的考察越來越傾向于實驗操作，實驗現(xiàn)象分析及相關(guān)操作評估。對于凸透鏡實驗過程中遇到的問題及現(xiàn)象，分析是難點。學(xué)生對于這樣的問題設(shè)計往往無從下手，或是感到迷茫。本文力求通過環(huán)環(huán)相扣的習(xí)題設(shè)計幫助學(xué)生完整回顧并理解凸透鏡成像的相關(guān)實驗題及其解題思路。本文將凸透鏡成像實驗題涉及的問題劃分為器材篇、組裝調(diào)節(jié)篇、成像規(guī)律篇、分析數(shù)據(jù)篇4大板塊進行講解。

1 器材篇

實驗器材的選擇和調(diào)試是實驗進行的前提，也是完成實驗?zāi)康牡谋ＷC。此類實驗題考查學(xué)生對于實驗設(shè)計之前的器材選擇及選擇的原因。

例題1 下列選項中，哪一項是凸透鏡成像實驗中的物（ ）

A.不含燭焰的蠟燭

B.蠟燭的燭焰

C.蠟燭和燭焰的整體

D.不點燃的蠟燭

答案：B。判斷物是誰，應(yīng)該從像入手，像是什么就決定了物是什么。像是燭焰，所以物也是燭焰。

設(shè)計意圖：學(xué)生經(jīng)歷了平面鏡成像，小孔成像以及凸透鏡成像，對于像、物分別是誰容易混淆。本題從方法上講明怎樣區(qū)分像、物。

例題2 如果選用發(fā)光二極管組成字母作為光源，下列哪個字母作為物體更合適？

A.O B.W C.F D.A

答案：C。為了判斷像、物的上下、左右顛倒情況，應(yīng)避免選擇對稱字母。

設(shè)計意圖：關(guān)于物的選擇，突出對像倒立的理解。

2 組裝調(diào)節(jié)篇

實驗器材的組裝和調(diào)節(jié)是實驗猜想和實驗設(shè)計的具體化和程序化。對于本類型的實驗題，學(xué)生應(yīng)該了解怎樣調(diào)節(jié)；為什么這樣調(diào)節(jié)；能夠分析調(diào)節(jié)過程中遇到的問題、現(xiàn)象及其原因。對于學(xué)生而言，最重要的就是找到清晰的像。

例題3 將蠟燭、凸透鏡和光屏放在光具座上，使?fàn)T焰、凸透鏡和光屏三者的中心大致在_____，并使光屏與透鏡所在的平面________，透鏡和光屏與光具座導(dǎo)軌_______。

答案：同一高度上；平行；猜測：垂直。（結(jié)合實驗器材課堂實驗驗證）

設(shè)計意圖：器材的組裝、調(diào)試是實驗成功的關(guān)鍵。應(yīng)該讓學(xué)生知道實驗開始時的調(diào)節(jié)要求（靜態(tài)位置調(diào)節(jié)）；還要讓他們知道為什么這樣調(diào)節(jié)（見下題）。

拓展 使?fàn)T焰、凸透鏡和光屏三者的中心大致在同一高度的目的？

答案：使像始終成在光屏中央（強調(diào)始終）。

例題4 燭焰降低時，光屏上的像向______移動。 要使像重新成在光屏的中心，如果只調(diào)光屏，光屏將向______移動；如果只調(diào)凸透鏡，應(yīng)將凸透鏡向_______調(diào)。調(diào)好后，燭焰中心在凸透鏡_________（選填“主光軸的上方”“主光軸的下方”）。

答案：上；上；下；主光軸的下方（結(jié)合實驗器材課堂實驗驗證或畫光路圖）。

設(shè)計意圖：對于燭焰的動態(tài)變化過程，像的位置會隨之變化。本題引導(dǎo)學(xué)生認識到三者中心成像光路的變化情況。

例題5 在主光軸上移動光屏找像的位置。請具體說明怎樣操作才能把光屏調(diào)到準確位置？

答案：將光屏調(diào)到某一位置，像清晰；再緩慢向左、向右移動光屏，屏上的燭焰都比原來模糊，此位置即為像的位置。

設(shè)計意圖：學(xué)生對于怎樣確定像的位置有時不太清楚，在操作時常常將物和光屏一塊移動，這樣并不正確。本題既讓學(xué)生了解怎樣操作，又鍛煉了學(xué)生的表達能力。

例題6 將蠟燭放在一倍焦距以內(nèi)，移動光屏找像時，看到光屏上出現(xiàn)一個大致是環(huán)狀的暗區(qū)，如圖1所示。這個暗區(qū)是怎樣產(chǎn)生的？（注：該實驗所用的凸透鏡沒有邊框）

答案：射向凸透鏡以外的光線，使屏上形成亮區(qū)。射向凸透鏡的光線經(jīng)過凸透鏡會聚后，在光屏中心區(qū)域形成較亮的光斑。在亮區(qū)和較亮光斑之間因為沒有光線射到光屏，所以產(chǎn)生暗區(qū)。

設(shè)計意圖：類似現(xiàn)象學(xué)生在實驗中見到過，但對于成因并不了解。本題通過畫圖和文字敘述的方法解答了學(xué)生心中的疑惑。

拓展：將一近視眼鏡放置在陽光下，看到眼鏡下方出現(xiàn)一個“亮圈”，這個“亮圈”是怎樣產(chǎn)生的？

設(shè)計意圖：通過作圖的方式充分理解凸透鏡和凹透鏡對光線的作用。

3 成像規(guī)律篇

此類問題主要考察學(xué)生對凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用。涉及靜態(tài)規(guī)律和動態(tài)規(guī)律兩方面。

例題7 將器材調(diào)整好后，把蠟燭放在大于二倍焦距的某位置，移動光屏，找到了像。則光屏上的像是______、_______的實像。將燭焰緩慢靠近透鏡，光屏上還會出現(xiàn)_______、_______的實像和_______、_______的實像。

答案：倒立，縮??；倒立，等大；倒立，放大。

設(shè)計意圖：動態(tài)地考察了變動物距范圍凸透鏡成像規(guī)律的記憶。

拓展1 例題7過程中所成的像_____。（至少有一個選項正確，將正確選項的字母填在橫線上）

A.先是縮小的后是放大的

B.始終是縮小的

C.逐漸變大

D.先逐漸變小后逐漸變大

答案：AC。

設(shè)計意圖：本題難度較大，利用凸透鏡成實像時物近像遠像變大的規(guī)律，選C。而物在靠近凸透鏡的變化過程中到達二倍焦距處之前成的像雖然是在變大（與初次成像相比），但仍然是縮小的像（與物“燭焰”相比），所以選A。

拓展2 例題7過程中，光屏應(yīng)向_____（選填“遠離凸透鏡”或“靠近凸透鏡”）的方向移動。在蠟燭移動的過程中，物與像之間的距離______。

答案：遠離凸透鏡，先減小再變大。

設(shè)計意圖：本題意在考察像距的變化情況，以及像距加物距之和的變化情況。

拓展3 實驗結(jié)束后，獲得了凸透鏡成像規(guī)律。接著又做了一個“探究凸透鏡焦距”的實驗。把凸透鏡放在50 cm刻線處，當(dāng)蠟燭在0刻線到30 cm刻線之間移動時，屏上的像是倒立、縮小的；當(dāng)蠟燭在30 cm刻線到40 cm刻線之間移動時，屏上的像是倒立、放大的。則所用凸透鏡的焦距是 _____ cm。

答案： 10 cm。

設(shè)計意圖：考察學(xué)生在實際操作過程中收集數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)初步分析的能力。

拓展4 將蠟燭放在一倍焦距以內(nèi)的某點，所成的像是正立、_____的虛像。如果將蠟燭從該點向凸透鏡移動，在這個移動過程中，所成的像_____。

（選填“逐漸變大”“逐漸變小”或“大小不變”）

答案：放大；逐漸變小。（回想用放大鏡看報紙。）

設(shè)計意圖：考查了成虛像時，物近像近像變小的動態(tài)變化情況。

例題8 在凸透鏡成像實驗中：

（1）該實驗中若凸透鏡成實像，那么凸透鏡成實像的條件是：物距_________焦距。

（2）調(diào)整好器材后，無論怎樣移動光屏都不能在光屏上得到像，可能的原因是：_________。

（3）將蠟燭放在一倍焦距和二倍焦距之間的某點，在凸透鏡的另一側(cè)無論怎樣移動光屏，都找不到像，說明像距太大了，導(dǎo)致像距太大的原因是______。

答案：（1）大于；（2）物距小于焦距，成虛像； （3）燭焰離一倍焦距處太近。

設(shè)計意圖：考查學(xué)生在實際操作實驗過程中遇到的問題，并對其進行分析。

例題9 小明探究完凸透鏡成像規(guī)律后，接著又做了一個觀察實驗。他把光屏取下來，把發(fā)光物體放在凸透鏡左側(cè)，從凸透鏡右側(cè)沿主光軸向凸透鏡方向觀察，如圖2所示。當(dāng)眼睛離凸透鏡較遠時看到了發(fā)光物體的倒立的像，離凸透鏡較近時就看不到這個像了，請分析并說明其原因。

答案：因為看到的像是倒立的，所以是實像，成像點在凸透鏡的右側(cè)。發(fā)光物體發(fā)出的光線經(jīng)凸透鏡折射后是會聚的，經(jīng)過成像點后是發(fā)散的。所以，眼睛必須在成像點以外的光線發(fā)散區(qū)域才能看到這個像。（結(jié)合畫圖方式解題更易理解）

設(shè)計意圖：考查了學(xué)生對于人眼看到像的成因和光路傳播過程的分析，以及畫圖能力。

4 分析數(shù)據(jù)

實驗數(shù)據(jù)并不等于實驗結(jié)論，實驗數(shù)據(jù)是客觀事實的反應(yīng)；實驗結(jié)論是在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行科學(xué)分析的結(jié)果。分析論證首先是對實驗數(shù)據(jù)的描述，然后才是對數(shù)據(jù)的分析比較。此類實驗題一般先給出實驗數(shù)據(jù)，讓學(xué)生在實驗處理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析得出實驗的結(jié)論。

例題10 在探究“凸透鏡成實像時像距與物距的關(guān)系”的實驗中，所用的實驗器材有：光具座、凸透鏡、光屏和蠟燭等。

記錄的實驗數(shù)據(jù)如表1所示。請在方格紙上畫出像距與物距的關(guān)系圖像（如圖3）。

把蠟燭放在光具座上的0刻線處，凸透鏡放在15 cm刻線處，如圖4所示。移動光屏在a位置找到像；蠟燭和光屏不動，只移動凸透鏡，當(dāng)凸透鏡向某一方向移動到b位置時，在光屏上又看到像。結(jié)合所畫圖像，判斷下列說法正確的是_____________。

凸透鏡成像規(guī)律實驗考查側(cè)重于設(shè)計實驗?zāi)芰?、分析論證能力和評估能力。探究中讓學(xué)生明白實驗研究什么和怎樣研究，實驗時應(yīng)該觀察什么，測量什么，記錄什么。在此基礎(chǔ)上重點考查學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的分析和論證能力。學(xué)生分析表格數(shù)據(jù)，進行簡單比較，分析它們的相同點和不同點后得到凸透鏡成像的規(guī)律。其他相關(guān)題目考查學(xué)生通過分析一些常見光學(xué)儀器的成像過程，嘗試用已有的科學(xué)規(guī)律解釋具體的實際問題，獲得初步的分析概括能力，培養(yǎng)學(xué)生獨立研究實驗過程中的物理學(xué)原理的意識與能力，以使學(xué)生在實驗中樂于觀察、勤于思考。

這樣的實驗題讓學(xué)生經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實驗歸納科學(xué)規(guī)律的過程，全面考查了學(xué)生處理信息的能力、分析概括的能力，從而真實考查并提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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[4]大連市五年中考一年模擬 物理[G].南京：南京大學(xué)出版社.

（欄目編輯 陳 潔）