車宗衡

山東省淄博市淄川區(qū)雙溝中學(xué)(255100)

1 教材中的凸透鏡成像光路

在人教版初中物理等教材中，我們可以看到如下的光路圖。圖1為凸透鏡成實(shí)像的原理光路圖，圖2為凸透鏡成虛像的原理光路圖。

在實(shí)踐教學(xué)中，我們常常用畫(huà)光路的方式深化學(xué)生對(duì)凸透鏡成像原理的理解：凡從一點(diǎn)發(fā)出的多條光線，經(jīng)凸透鏡折射后，要么平行(不成像)，要么發(fā)散(成虛像)，要么會(huì)聚于一點(diǎn)(成實(shí)像)，再也沒(méi)有第4種可能。但是畫(huà)圖方式存在以下缺陷：①不能顯示凸透鏡成像的連續(xù)變化過(guò)程；②光路繪畫(huà)過(guò)程中微小的誤差，可能導(dǎo)致經(jīng)凸透鏡折射后的光線不會(huì)聚于一點(diǎn)；③過(guò)于重視理論知識(shí)；④課堂上耗費(fèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

2 將理論實(shí)踐化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 顯示光路儀器設(shè)計(jì)

能否將凸透鏡成像的光路圖實(shí)際顯示出來(lái)呢？經(jīng)思考，筆者制作了透明亞克力箱，箱體大小剛剛能將實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)光具座(帶有凸透鏡和光屏)罩住，箱內(nèi)點(diǎn)燃蚊香產(chǎn)生煙霧，利用丁達(dá)爾效應(yīng)使光路顯示出來(lái)。

2.2 光源儀器設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)中如果使用傳統(tǒng)的蠟燭或LED光源，將無(wú)法顯示光路；使用激光燈可以見(jiàn)到光束，但是常見(jiàn)激光燈是單一光束。重新設(shè)計(jì)制作激光器難度太大，不是大多數(shù)一線教師可以完成的。如何模擬教材中點(diǎn)光源發(fā)出的多束光呢？受到教科版教材啟發(fā)，可將兩激光燈呈一定小角度放置，并用熱熔膠固定在一個(gè)木板或塑料板(圖中使用的是裝潢用UV板)上制作而成,如圖3所示。為了模擬點(diǎn)光源發(fā)出多條光束的效果，可調(diào)整木板尺寸將光線交叉前的部分遮住，如圖4所示。

這里需要注意兩激光燈射出光束的夾角不可太大，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室學(xué)生用凸透鏡直徑約5 cm，光束角度太大會(huì)使得光線過(guò)于分散，不能同時(shí)照射到凸透鏡上。

2.3 其他實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為提升實(shí)驗(yàn)效果，還需補(bǔ)充以下操作：①為了提升顯示效果，亞克力箱的背面可以涂與光源顏色對(duì)比明顯的背景色或貼背景紙；②為了防止光線遇到亞克力板發(fā)生反射，影響觀察效果，還應(yīng)該在亞克力箱光源的另一側(cè)貼粗糙的黑紙，以吸收光防止明顯反射；③為方便改變物距，可在亞克力箱光源側(cè)開(kāi)口，方便手進(jìn)入。

3 使用效果

在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)本套儀器的使用可產(chǎn)生以下效果：

(1)大大提高課堂效率，提高學(xué)生興趣。

(2)有助于學(xué)生理解凸透鏡成實(shí)像、不成像和成虛像的原理，分別如圖5、圖6、圖7所示。

(3)在課本實(shí)像、虛像光路圖基礎(chǔ)上，增加凸透鏡不成像光路圖，可見(jiàn)點(diǎn)光源置于焦點(diǎn)處(u=f)經(jīng)過(guò)凸透鏡后變?yōu)槠叫泄猓?/p>

(4)能夠展示物距變化時(shí)連續(xù)的像距變化，讓學(xué)生更加直觀地理解凸透鏡成像規(guī)律，同時(shí)有更加深刻的記憶。

4 尚存在問(wèn)題

在研究成虛像時(shí)，由于光束固定角度較小和物距太近的原因，經(jīng)過(guò)凸透鏡折射后的光線可見(jiàn)發(fā)散，但相較原光線傳播方向的改變程度較小(如圖7)，不易判斷虛像的位置。下一步改進(jìn)工作中，可以考慮光束夾角度數(shù)可調(diào)整的設(shè)計(jì)方案。

另外，光源在實(shí)驗(yàn)時(shí)需要手持，手的抖動(dòng)會(huì)影響學(xué)生觀察，可以設(shè)計(jì)支架與光具座組合使用。