程榮貴

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)新城初級中學(xué)黃山路分校,江蘇,南京 210019)

在進(jìn)行光的直線傳播教學(xué)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(xué)生對光的直線傳播的認(rèn)識,也可以為后續(xù)的學(xué)習(xí)做鋪墊,學(xué)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(xué)更有效．因此,通過自制小孔成像演示儀,進(jìn)行小孔成像的探究,應(yīng)該是光的直線傳播教學(xué)中不可或缺的一環(huán)節(jié)．

1 實驗原型及不足之處

初中物理許多版本的教材都有關(guān)于小孔成像實驗的內(nèi)容,為了促進(jìn)教學(xué)的有效性和提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,教師也在創(chuàng)造條件進(jìn)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(huán)境下的演示實驗效果并不理想,造成教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)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(qiáng)教師的演示實驗?zāi)芰蛣邮帜芰?更為了培養(yǎng)學(xué)生自制學(xué)具的能力,通過自制學(xué)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(zhì)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(nèi)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(nèi)筒:把小紙盒內(nèi)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(cè)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(jìn)小紙盒內(nèi),如圖3所示．

圖3

制作暗箱外筒:用卡紙繞在紙盒的外側(cè),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(jìn)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(xué)流程).

制作完成的小孔成像演示器就可以進(jìn)行演示實驗啦.第1步,打開F光源的開關(guān),調(diào)節(jié)大小紙盒之間的距離(物距),使像清晰地呈現(xiàn)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(guān)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(guān)系,改變大小紙盒之間的距離(物距),同時調(diào)節(jié)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(chuàng)新與改進(jìn)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(yōu)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(zhǔn)備自制教具,而且方便學(xué)生親手制作和驗證;同時制作過程簡單,關(guān)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(jìn)行密封就基本完成．

② 設(shè)計過程避免了環(huán)境的影響．一是通過進(jìn)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(jié)合,不透光,更有利于觀察實驗現(xiàn)象．

③ 可反復(fù)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(xiàn)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(jìn)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(jìn)后的實驗對學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)所起的作用)

物理教學(xué)的有效開展不需要強(qiáng)制,而是激發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．進(jìn)行改進(jìn)的自制小孔成像演示儀,不僅教師可以作為教具進(jìn)行教學(xué),學(xué)生也可以在實驗室自主完成,能夠有效地激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣,使之在輕松愉悅的氣氛下學(xué)習(xí),掌握知識,同時可以關(guān)注學(xué)生思維能力的養(yǎng)成．

同時,自制教具學(xué)具,使學(xué)生變苦學(xué),厭學(xué),死學(xué),難學(xué)不會學(xué)為樂學(xué),好學(xué),活學(xué),易學(xué),會學(xué),逐步培養(yǎng)其主動,探求知識．可以幫助學(xué)生培養(yǎng)發(fā)散思維、形成創(chuàng)新意識;也可以引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,進(jìn)行合理的質(zhì)疑．即使小孔成像實驗的原理與現(xiàn)象學(xué)生了然于心,但學(xué)生通過自制學(xué)具,也能從不同角度和方向進(jìn)行再思考,以不斷完善和構(gòu)建自身的物理知識框架、以及形成科學(xué)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(guān)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(guān)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(xué)生演示,筆者進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo),及時糾正不規(guī)范操作和實驗方法的應(yīng)用,既加深了對小孔成像規(guī)律的理解,又增強(qiáng)了學(xué)生實驗探究與實踐操作的銜接,為學(xué)生的學(xué)習(xí)知識的方式提供了新途徑．