孫九林

(南京市人民中學，江蘇 南京 210005)

1 水透鏡的制作方法

圖1

(1) 器材: 熱溶膠槍、熔膠棒各1根,如圖1所示.注射器、塑料軟管、學生用膠帶的內(nèi)圈、空圓珠筆筆芯(長3 cm左右)、橡皮膜(透明安全套)各1只，細線1根，水.

(2) 制作方法.

① 在膠帶圈上鉆一個比圓珠筆芯略大點的圓孔并將空圓珠筆芯插入孔內(nèi),再用熱熔膠將孔隙處進行密封處理.

② 將透明安全套套在膠帶圈上并拉緊后再用細線將安全套口扎緊在空圓珠筆芯上.

③ 將空圓珠筆芯的一端套在塑料軟管上,軟管的另一端套在注射器的針孔處并將接口處密封;再將一段細金屬桿固定在空圓珠筆芯上,這樣就做成了一個水透鏡.

圖2

④ 通過注射器向水透鏡中注滿水,排出水透鏡內(nèi)的空氣,如圖2所示.

(3) 操作方法.

通過注射器向水透鏡中注水或往外抽水,可以改變水透鏡的凹凸程度,從而進行相關(guān)實驗探究.

2 利用水透鏡說明凸透鏡的焦距與透鏡的外凸程度有關(guān)

圖3

(1) 在水透鏡中注入適量的水,用一束平行光沿水透鏡的主光軸射向水透鏡,以白色墻壁為背景,調(diào)整平行光源的入射角度,直至墻上出現(xiàn)如圖3所示的光路,圖中光線的相交點即為水透鏡的焦點.測出焦點到透鏡中心的距離為f1,即為水透鏡的焦距.

(2) 在上述第1步的基礎(chǔ)上,用注射器從水透鏡中往外抽出適量的水,使水透鏡的凸起程度變小,再測出此時水透鏡的焦距為f2,如圖4所示.

(3) 在上述第1步的基礎(chǔ)上,用注射器朝水透鏡中再注入適量的水,使水透鏡的凸起程度變大,再測出此時水透鏡的焦距為f3,如圖5所示.

圖4

(4) 比較f1、f2、f3的大小,結(jié)果發(fā)現(xiàn)f3

3 利用水透鏡模擬人眼的晶狀體

(1) 用F形發(fā)光字母代表成像物體(以下簡稱物體),如圖6所示.

(2) 將物體、水透鏡(模擬人眼的晶狀體)及光屏(模擬人眼的視網(wǎng)膜)置于光具座上,并調(diào)整三者的高度使它們的中心在水透鏡的主光軸上.

(3) 保持水透鏡的位置不變,將物體置于水透鏡的兩倍焦距之外,調(diào)整光屏的位置,直至光屏出現(xiàn)物體清晰的像,如圖7所示.

圖6

(4) 保持水透鏡和光屏的位置不變,將物體靠近水透鏡,觀察到光屏上的像變得模糊不清,此時用注射器往水透鏡中注入適量的水,發(fā)現(xiàn)屏上的像又變清晰了,用此來模擬人眼看近處物體的情況,如圖8所示.

(5) 保持水透鏡和光屏的位置不變,將物體遠離水透鏡,觀察到光屏上的像變得模糊不清,此時用注射器從水透鏡中抽出適量的水,發(fā)現(xiàn)屏上的像又變清晰了,用此來模擬人眼看遠處物體的情況,如圖9所示.

圖8

4 利用水透鏡演示近視眼的成因和矯正方法

① 將F形發(fā)光字母(以下簡稱物體)、水透鏡和光屏依次放在光具座上,其中水透鏡模擬人眼的晶狀體,光屏模擬人眼的視網(wǎng)膜.

② 調(diào)節(jié)物體、水透鏡和光屏的高度,使它們的中心都在水透鏡的主光軸上.

③ 保持物體的位置不變,調(diào)整水透鏡和光屏的位置,使得光屏上成物體倒立縮小的實像.如圖10所示.

④ 保持物體、水透鏡和光屏的位置不變,用注射器往水透鏡中注入適量的水,使得水透鏡的凸起程度變大(焦距變短),可看到光屏上的像變得模糊不清.如圖11所示.

圖10

⑤ 此時若將光屏向靠近水透鏡的方向移動適當距離,則可看到光屏上的像又變得清晰起來,說明近視眼的晶狀體比正常眼的要突起一些,成像在視網(wǎng)膜的前方.

圖12

⑥ 保持物體和水透鏡的位置不變,將光屏仍然右移到④中所在的位置,此時用一個焦距合適的凹透鏡置于水透鏡的左側(cè),結(jié)果看到光屏上的像又變得清晰起來,如圖12所示.說明凹透鏡的作用是使像相對于水透鏡(晶狀體)向后移,因此,近視眼要佩戴適當度數(shù)的凹透鏡進行矯正.

5 利用水透鏡演示遠視眼的成因和矯正方法

① 將F形發(fā)光字母(以下簡稱物體)、水透鏡和光屏依次放在光具座上,其中水透鏡模擬人眼的晶狀體,光屏模擬人眼的視網(wǎng)膜.

② 調(diào)節(jié)物體、水透鏡和光屏的高度,使它們的中心都在水透鏡的主光軸上.

圖13

③ 保持物體的位置不變,調(diào)整水透鏡和光屏的位置,使得光屏上成物體倒立縮小的實像.如圖13所示.

④ 保持物體、水透鏡和光屏的位置不變,用注射器從水透鏡中抽出適量的水,使得水透鏡的凸起程度變小(焦距變長),可看到光屏上的像變得模糊不清.

⑤ 此時若將光屏向遠離水透鏡的方向移動適當距離,則可看到光屏上的像又變得清晰起來,說明遠視眼的晶狀體比正常眼的要扁平一些,成像在視網(wǎng)膜的后方,如圖14所示.

圖14

⑥ 保持物體和水透鏡的位置不變,將光屏仍然右移到④ 中所在的位置,此時用一個焦距合適的凸透鏡置于水透鏡的左側(cè),結(jié)果看到光屏上的像又變得清晰起來,如圖15所示.說明凸透鏡的作用是使像相對于水透鏡(晶狀體)向前移,因此,遠視眼要佩戴適當度數(shù)的凸透鏡進行矯正.

通過這樣的實驗設(shè)計,使學生對正常眼如何通過調(diào)節(jié)晶狀體的厚薄來看清遠近不同的物體、近視眼和遠視眼的形成原因及矯正方法等問題能夠徹底理解,從而達到了很好的教學效果.