陸茵

摘要：光學(xué)內(nèi)容是蘇科版初中物理八年級(jí)上冊(cè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，尤其是小孔成像、凸透鏡成像規(guī)律及其應(yīng)用拓展等內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)探究性很強(qiáng)。而實(shí)驗(yàn)室所配備的各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)器材存在一定缺陷。對(duì)此，嘗試自制“多合一”光學(xué)教具，并以之探究上述光學(xué)內(nèi)容中大部分重難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)。該教具具有不少優(yōu)點(diǎn)：取材環(huán)保低廉，適合自制推廣;可使實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)多樣，觀察靈活自由;利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和探究精神。

關(guān)鍵詞：光學(xué);教具改進(jìn);探究實(shí)驗(yàn)

光學(xué)內(nèi)容是蘇科版初中物理八年級(jí)上冊(cè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，尤其是小孔成像、凸透鏡成像規(guī)律及其應(yīng)用拓展等內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)探究性很強(qiáng)。而實(shí)驗(yàn)室所配備的各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)器材僅能研究一部分現(xiàn)象，整合性差，且體積較大，使得學(xué)生僅能在課堂上觀看演示實(shí)驗(yàn)或在實(shí)驗(yàn)室里動(dòng)手實(shí)踐，無(wú)法在課后自主探究。

對(duì)此，筆者嘗試改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教具，利用黑色硬卡紙、硫酸紙、不同焦距的凸透鏡和凹透鏡等材料自制了“多合一”光學(xué)教具。這一教具，通過(guò)不同插片組合可以研究小孔、放大鏡、照相機(jī)、投影儀、望遠(yuǎn)鏡成像等相關(guān)問(wèn)題，涵蓋初中階段所有小孔成像、凸透鏡成像規(guī)律及其應(yīng)用的探究實(shí)驗(yàn);體型小巧，便于攜帶和使用;此外，還提供了一些擴(kuò)展插片讓學(xué)生自主探究，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣。下面，介紹“多合一”光學(xué)教具的組成及具體的教學(xué)應(yīng)用。

一、“多合一”光學(xué)教具的組成

（一）光源

研究小孔成像或凸透鏡成像規(guī)律時(shí)，實(shí)驗(yàn)室常用蠟燭火焰作為光源，但是燭焰易受空氣流動(dòng)的干擾，同時(shí)蠟燭又會(huì)在燃燒過(guò)程中變短，從而影響實(shí)驗(yàn)觀察。為解決這一問(wèn)題，將高亮度的平面LED燈和利用黑色硬卡紙自制的暗箱組合成光源（如下頁(yè)圖1）。暗箱上留有插口，方便插入“F”插片或“上”插片等（如下頁(yè)圖2），來(lái)獲得不同形狀的光源（插入“上”插片的光源效果如下頁(yè)圖3所示）。不插光源插片時(shí)，平面LED燈還可以作為投影儀的光源使用，一物多用，一舉兩得。同時(shí)，平面LED燈選用充電式的，方便攜帶和調(diào)整角度。

（二）主體部分

“多合一”光學(xué)教具的主體部分（如圖4）由外筒和內(nèi)筒組成，外筒和內(nèi)筒的一側(cè)均有一個(gè)插口，標(biāo)注為插口A和插口B，供多種透鏡、光屏、小孔等插片安裝，以滿足不同實(shí)驗(yàn)的需求。外筒和內(nèi)筒有兩種組合方式：第一種組合，內(nèi)筒插入外筒中，內(nèi)筒插口與外筒插口同向;第二種組合，內(nèi)筒插入外筒中，內(nèi)筒插口與外筒插口反向。

二、“多合一”光學(xué)教具的教學(xué)應(yīng)用

（一）小孔成像

將硫酸紙做成的光屏插片（如圖5）插入插口B，更換插口A中的插片，根據(jù)環(huán)境情況組合內(nèi)筒和外筒，改變物體到裝置的距離或調(diào)整內(nèi)筒和外筒間的距離，即能研究小孔成像的相關(guān)問(wèn)題。

1.小孔成像與孔的大小的關(guān)系。

將三角形大孔插片（如圖6）插入插口A，將方形插片（如圖7）慢慢插入插口A，逐漸遮蔽三角形大孔，使孔慢慢變小，觀察“上”光源所成的像。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)孔比較大時(shí)，光屏上會(huì)獲得與孔形狀相同的光斑，如圖8;當(dāng)孔足夠小時(shí)，才能在光屏上觀察到倒立的像，如圖9。

2.小孔成像與孔的形狀的關(guān)系。

將三角形小孔、方形小孔、圓形小孔插片先后插入插口A，觀察“上”光源所成的像。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論哪種形狀的小孔，所成的像都是物體倒立的像，說(shuō)明小孔成像與小孔的形狀無(wú)關(guān)。

3.小孔成像與孔的數(shù)量的關(guān)系。

將2個(gè)小孔、3個(gè)小孔的插片先后插入插口A，觀察“上”光源所成的像。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，2個(gè)小孔成2個(gè)像（如圖10），3個(gè)小孔成3個(gè)像（如圖11）。總結(jié)：一般情況下，小孔數(shù)量越多，小孔成的像越多，即小孔成像的數(shù)量與孔的數(shù)量有關(guān)。

進(jìn)一步地，可以引導(dǎo)學(xué)生拓展思維：改變物距和像距來(lái)探究小孔成像與物距、像距的關(guān)系;更換光源插片來(lái)獲得不同形狀的物體，探究小孔成像與物體形狀的關(guān)系;利用沒(méi)有挖孔的插片來(lái)自主探究小孔成像的其他問(wèn)題。通過(guò)這樣的拓展，助力學(xué)生在開(kāi)放式思考和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣。

（二）照相機(jī)成像

將凸透鏡插片插入插口A，光屏插片插入插口B，改變物距和像距，即能清晰觀察生活中的物體或提供的光源，研究照相機(jī)成像原理及特點(diǎn)（如圖12）。利用提供的30 cm、10 cm、5 cm焦距的凸透鏡插片，也能初步探究照相機(jī)成像與凸透鏡焦距的關(guān)系。另外，也可以將方形插片和凸透鏡插片同時(shí)插入插口A，抽拉方形插片，研究遮蔽部分透鏡后成像的變化情況，等等。

（三）投影儀成像

將光源和紙筒組合，將凸透鏡插片插入插口A，即可得到一個(gè)小型投影儀。將投影片先用可擦寫(xiě)的筆畫(huà)好圖案，再倒著插入插口B，將紙筒按照第一種組合方式裝好，同時(shí)調(diào)整物距和像距，就能使投影片所成的像清晰地投影到白墻上（如圖13）。利用該裝置除了能研究投影儀所成的像與物距、像距的關(guān)系，還能更換不同焦距的凸透鏡來(lái)研究投影儀所成的像與凸透鏡焦距的關(guān)系。

（四）望遠(yuǎn)鏡成像

將紙筒按照第二種組合方式裝好，將合適的凸透鏡、凹透鏡插片組合分別插入插口A、B，組成望遠(yuǎn)鏡。學(xué)生可用其觀察不同距離的物體，或抽拉內(nèi)筒，從而研究望遠(yuǎn)鏡的成像特點(diǎn)。

1.開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡。

將焦距為30 cm的凸透鏡插片插入插口A，焦距為5 cm的凸透鏡插入插口B，即能組合成開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡。通過(guò)插口B可觀察到倒立、放大的像。

2.伽利略望遠(yuǎn)鏡。

將焦距為30 cm的凸透鏡插片插入插口A，焦距為-7.5 cm的凹透鏡插片插入插口B，即能組合成伽利略望遠(yuǎn)鏡。通過(guò)插口B可觀察到正立、放大的像。

三、“多合一”光學(xué)教具的應(yīng)用價(jià)值

（一）取材環(huán)保低廉，適合自制推廣

“多合一”光學(xué)教具主體部分使用黑色硬卡紙制作，取材環(huán)保，價(jià)格低廉;成品體積小巧，卻又有很高的整合度，適合自制推廣?！岸嗪弦弧惫夂辖叹叩闹谱髋c使用可以告訴學(xué)生，物理教具（學(xué)具）的制作并不困難，物理現(xiàn)象的研究就在身邊，從而有效激發(fā)學(xué)生探究和創(chuàng)新的意識(shí)。

（二）實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)多樣，觀察靈活自由

平面LED燈和暗箱的組合既可以成為小型投影儀的光源，又能與不同光源插片組合形成不同形狀的光源。通過(guò)小孔插片與光屏的組合，或不同規(guī)格透鏡的組合，既可以探究小孔成像、凸透鏡成像規(guī)律的相關(guān)問(wèn)題，又能搭建出小型的投影儀、開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡和伽利略望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀察研究。實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)靈活方便，現(xiàn)象觀察清晰高效。

（三）利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和探究精神

利用“多合一”光學(xué)教具研究小孔成像規(guī)律或凸透鏡成像規(guī)律時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生在更換插片的實(shí)驗(yàn)觀察中對(duì)比思考，明白什么是自變量、什么是因變量，從而加強(qiáng)對(duì)控制變量法的理解，掌握正確的科學(xué)研究方法，提升科學(xué)思維能力。同時(shí)，學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中能更深刻地理解這些光學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)。此外，利用多種多樣的插片，學(xué)生可以自主探究諸如多個(gè)小孔成像或其他焦距凸透鏡成像等問(wèn)題，從而在開(kāi)放度高的動(dòng)手動(dòng)腦中研究物理問(wèn)題，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和探究精神。

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