多功能透鏡原理演示儀

　　一、項(xiàng)目背景
　　
　　同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)光的折射現(xiàn)象時(shí)。普遍感到抽象、難理解。特別是在學(xué)習(xí)透鏡的原理和特點(diǎn)時(shí)，凹透鏡對(duì)光線起發(fā)散作用、凸透鏡對(duì)光線起會(huì)聚作用等知識(shí)點(diǎn)學(xué)生較難理解。而一般的實(shí)驗(yàn)室里配置的透鏡是玻璃透鏡，其表面的曲線是不能改變的，也就是說這種透鏡的焦距是不能改變的，所以學(xué)生對(duì)此方面的知識(shí)理解較困難。眼睛的成像原理、近視眼、遠(yuǎn)視眼的形成原理及其矯正更是抽象，而學(xué)校實(shí)驗(yàn)室是沒有這些演示設(shè)備來讓學(xué)生們直觀地看到眼睛和透鏡的原理圖和矯正圖。為了使學(xué)生更好的理解此部分知識(shí)，筆者制作了一臺(tái)演示儀，能讓學(xué)生們清楚地看到“當(dāng)凹透鏡的表面越凹時(shí)，透過它光線就越發(fā)散了；當(dāng)凸透鏡的表面越凸時(shí)，透過它光線就越會(huì)聚”。同時(shí)，能讓學(xué)生清楚看到：近視眼是眼球前部的晶狀體變厚了，成像在視網(wǎng)膜的前面。應(yīng)該用凹透鏡矯正；而遠(yuǎn)視眼卻是晶狀體變薄了，成像在視網(wǎng)膜的后面，應(yīng)該用凸透鏡矯正。
　　
　　二、制作過程
　　
　　1　制作透鏡模型
　　找來一個(gè)直徑約10厘米、厚度約6厘米的塑料盒子，把盒子的上下表面去掉，用透明皮球的球皮粘上去，在盒子的側(cè)面鑿穿一個(gè)小孔，連上一根軟管和注射器，這樣“眼睛模型”就做成了。當(dāng)用注射器往盒子里注入清水時(shí)，盒子兩側(cè)球皮就會(huì)向外變凸而成了凸透鏡：當(dāng)用注射器往外抽水時(shí)，在大氣壓強(qiáng)的作用下，盒子兩側(cè)球皮就會(huì)往里面凹即成了凹透鏡。用注射器適當(dāng)?shù)爻樗妥⑺涂梢苑奖愕馗淖兒凶觾蓚?cè)球皮的凸凹程度，從而改變透鏡和焦距。
　　
　　
　　找來一個(gè)直徑約20厘米的透明球形容器。剖開球體的1／4，在剖面上粘上一層球皮，同樣連上一根軟管和注射器，這樣“晶狀體模型”就做成了。當(dāng)用注射器往晶狀體模型里注入清水時(shí)，晶狀體模型的球皮就會(huì)向外凸而成了近視眼；當(dāng)用注射器往外抽水時(shí)，在大氣壓強(qiáng)的作用下，晶狀體模型的球皮就會(huì)往里面凹即成了遠(yuǎn)視眼。
　　2　制作裝透鏡模型和眼球模型的容器
　　由于激光燈的光束在空氣很難觀察到，所以用透明有機(jī)玻璃制作了一個(gè)長(zhǎng)40厘米、寬18厘米、高15厘米的容器。把眼睛和透鏡的模型放入其中，在窗口側(cè)面鑿穿兩個(gè)小孑L，以便讓連接注射器的軟管穿過。往容器中注入蚊香煙霧，蓋上蓋子，這樣煙霧就密封在容器中了。
　　3　制作激光燈支架
　　在容器側(cè)面粘上一塊有機(jī)玻璃板，在上面粘上小磁鐵，金屬外殼的激光燈就被吸在上面了。這樣就可以方便地通過改變兩個(gè)激光燈的角度來改變光束的夾角，用來演示來自遠(yuǎn)處光線和近處光線。
　　
　　三、功能和使用
　　
　　1　演示凹透鏡的光路圖：把注射器的活塞往外拉，透鏡模型的兩側(cè)球皮往內(nèi)凹陷，就變成了凹透鏡。讓兩支激光燈平行入射，會(huì)看到兩束平行光束發(fā)散了。
　　2　演示凸透鏡的光路圖：把注射器的活塞往內(nèi)壓，透鏡模型的兩側(cè)球皮往外凸出，就變成了凸透鏡。讓兩支激光燈平行入射，會(huì)看到兩束平行光束會(huì)聚了。
　　3　演示凸透鏡的表面越凸。焦距越小，對(duì)光的會(huì)聚作用越強(qiáng)。逐漸將注射器的活塞往內(nèi)壓，透鏡模型的兩側(cè)球皮逐漸往外凸出，兩束平行光相交點(diǎn)離透鏡越來越近，說明凸透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用越強(qiáng)了。
　　4　演示凹透鏡的表面越凹，對(duì)光的發(fā)散作用越強(qiáng)。逐漸將注射器的活塞往外拉，透鏡模型的兩側(cè)球皮逐漸往內(nèi)凹進(jìn)，兩束平行光發(fā)散的角度越來越大了，說明凹透鏡對(duì)光的發(fā)散作用越來越強(qiáng)了。
　　5　演示眼睛的原理：眼睛相當(dāng)于凸透鏡，看遠(yuǎn)近不同距離的物體時(shí)，靠調(diào)節(jié)眼球前部晶狀體的凸凹程度來改變其焦距，從而能在視網(wǎng)膜上成清晰的像。用兩支平行光束入射來模擬遠(yuǎn)處的物體射來的光，這里將注射器活塞外拉使晶狀體模型的表面變薄一點(diǎn)，使兩束光束剛好會(huì)聚在視網(wǎng)膜上，再調(diào)節(jié)激光燈的角度，使其變成發(fā)散的兩束光線。這時(shí)兩束光線相交在視網(wǎng)膜的后面。將注射器活塞內(nèi)壓使晶狀體模型的表面變凸一點(diǎn)，使兩束光束剛好會(huì)聚在視網(wǎng)膜上，這樣我們就能清楚地看到近處的物體了。
　　6　演示近視眼的成因：近視眼形成的原因是晶狀體變凸了，對(duì)光線的會(huì)聚作用強(qiáng)了，使遠(yuǎn)處物體成像在視網(wǎng)膜的前面。演示時(shí)將激光燈調(diào)成平行光來模擬遠(yuǎn)處的物體。將注射器的活塞往內(nèi)壓使晶狀體變凸，讓學(xué)生觀察到兩束光線相交在視網(wǎng)膜的前面。
　　7　演示遠(yuǎn)視眼的成因：遠(yuǎn)視眼形成的原因是晶狀體變薄了，對(duì)光線的發(fā)散作用強(qiáng)了，使近處物體成像在視網(wǎng)膜的后面。演示時(shí)將激光燈調(diào)成發(fā)散光來模擬近處的物體。將注射器的活塞往外拉使晶狀體變薄，讓學(xué)生觀察到兩束光線相交在視網(wǎng)膜的后面。
　　8　演示近視眼的矯正方法：將連著晶狀體的注射器活塞往內(nèi)壓，使晶狀體模型表面變凸來模擬近視眼。用透鏡模型來模擬眼鏡，這時(shí)，將連著眼鏡模型的注射器的活塞逐漸往外拉，眼鏡的表面在大氣壓的作用下逐漸變凹，使兩束平行光也逐漸相交在視網(wǎng)膜上了，這就說明了近視眼患者要帶凹透鏡。
　　9　演示遠(yuǎn)視眼(老花眼)的矯正方法：將連著晶狀體的注射器活塞往外拉，使晶狀體模型表面變薄，來模擬遠(yuǎn)視眼。這時(shí)，將連著眼鏡模型的注射器的活塞逐漸往內(nèi)壓，眼鏡模型的表面逐漸變凸，使兩束發(fā)散光也逐漸相交在視網(wǎng)膜上了，這就說明了遠(yuǎn)視眼患者要帶凸透鏡。
　　
　　四、創(chuàng)新點(diǎn)
　　
　　1　把眼睛的晶狀體模型焦距都可以改變。方便讓學(xué)生理解凸透鏡和凹透鏡對(duì)光線的作用，理解近視眼、遠(yuǎn)視眼的原理及其矯正。
　　2　裝置密封在大容器中，注入煙霧后可以看清楚光的傳播方向。
　　
　　評(píng)委點(diǎn)評(píng)
　　本項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作了多功能透鏡原理演示儀。用透明的球皮粘成透鏡和晶狀體的表面，用注射器注入清水，使其成為凸透鏡，抽出清水成為凹透鏡?？梢杂脕硌菔景肌⑼雇哥R的成像原理和近視眼的成因。
　　適用于初中物理光學(xué)部分教學(xué)使用。材料成本低廉，技術(shù)可行。
　　建議：采用更好的透明膜代替球皮；提高精度和手工質(zhì)量；考慮重力對(duì)水透鏡形狀的影