“小孔成像”實驗的改進(jìn)

(江蘇省南京市雨花臺中學(xué),江蘇 南京 210012)

1 引言

小孔成像實驗非常有趣，能夠激發(fā)學(xué)生強烈的好奇心。用薯片桶、半透明描圖紙等材料制成的小孔成像裝置在白天觀察時，難以看清屏上的像。用蠟燭燭光作觀察物，只能看到微弱的模糊不清的像，難以探究影響小孔成像的諸多因素,使實驗效果大打折扣。在蘇科版物理教材的綜合實踐活動“探究樹蔭下的光斑”的教學(xué)中，筆者改進(jìn)了實驗，設(shè)計了小孔板，以便于探究孔的形狀、大小對于光斑形狀的影響，在室外陽光充足時探究效果較好，但不便于在課堂上操作，存在以下問題：(1) 板上孔數(shù)較多，不便于描述；(2) 以太陽為觀察物時物距難以改變；(3) 若以蠟燭為觀察物，想要觀察到較清晰的像只能借助暗室。

2 利用光具座，改進(jìn)小孔板

圖1

考慮到教材第四章中要進(jìn)一步研究凸透鏡成像規(guī)律，且要使用到光具座，筆者認(rèn)為可以在第三章結(jié)束時先行學(xué)習(xí)光具座的使用，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。筆者設(shè)計的裝置如圖1所示，在孔的排布上采用比較形象的人臉造型，可以多孔同時成像，給學(xué)生形成視覺沖擊，充分感受像的形狀與小孔形狀無關(guān)的物理現(xiàn)象。

利用大小相當(dāng)?shù)膱A形、正方形、三角形小孔，同一蠟燭光同時通過三個小孔成相同的倒立的燭焰像(如圖2)。當(dāng)撤去三角形孔的擋光板后，三角形孔變大的同時，通過其產(chǎn)生的像消失，變成孔形光斑(如圖3)。

圖2

圖3

3 改進(jìn)分組實驗，制作小孔成像儀

為了便于在室內(nèi)進(jìn)行分組實驗，根據(jù)本實驗要解決的問題，筆者對此實驗進(jìn)行了改進(jìn)。

3．1 設(shè)計小孔板，解決光斑形狀與小孔的形狀、大小的關(guān)系

如圖4所示，用黑色卡紙設(shè)計成可抽動的長條，孔分為三組，每次探究出現(xiàn)一組。第一組為圓形、正方形、三角形三種形狀的小孔，以人臉造型分布，對比實驗更鮮明地反映出通過不同孔形的小孔均能成同樣的像，對學(xué)生產(chǎn)生視覺沖擊。人臉的造型具有美觀性，便于實驗中指代清楚。小孔板也可拿到陽光下進(jìn)行探究，可操作性強，便于學(xué)生探究。第二組為大小不同的三角形孔，觀察到小孔能成倒立的像，大孔光斑變成孔的形狀，解決了小孔能否成像與孔的大小有關(guān)的問題。第三組為一個大三角形孔，配有擋光插片，動態(tài)解決孔逐漸變小時，光斑由孔形變成倒立像的尺寸界限。

圖4

3．2 解決光屏過亮、調(diào)節(jié)光屏到小孔間距改變光斑大小的問題

圖5

如圖5所示，利用兩個相互套著并能抽拉的內(nèi)外圓筒(內(nèi)壁涂黑)制成暗箱，外筒的一端封閉，中間只留一個窗口，制作插槽，用于插入抽條小孔板。開口端可套內(nèi)筒，內(nèi)筒一端貼上光屏，將內(nèi)筒有光屏的一端插入外筒中。兩筒相套，這樣內(nèi)外筒便組成了暗室，在白天光線強的情況下仍能看清像。同時可改變光屏到小孔的距離，觀察到像的大小變化。

在光屏畫上格子，可方便測出像的大??；在內(nèi)筒上畫出(或貼上)標(biāo)尺，可讀出光屏到小孔的間距；利用自制紅色“上”形光源，紅光對比度強、光斑清晰、便于觀察，“上”形的形狀更具特殊性，便于發(fā)現(xiàn)像的倒立特征。

4 使用方法及效果

將小孔對準(zhǔn)觀測物，通過內(nèi)筒的開口端，可以清晰地看到光屏上呈現(xiàn)出觀測物倒立的像。抽拉內(nèi)筒或抽動插片，改變孔的大小，便可以看到各種不同的光斑。

該儀器使“探究光斑形成原因”的實驗操作更簡便，實用性更強。實驗演示不受環(huán)境的限制，在室內(nèi)也可觀察;集研究小孔成像各類情況的實驗于一體，可調(diào)小孔和物、屏的間距，能準(zhǔn)確測出像的大小。學(xué)生利用多功能小孔成像儀對小孔成像規(guī)律進(jìn)行探究，在富有創(chuàng)意和趣味性的探索活動中學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法。

小孔成像儀用于分組實驗時，只有觀察者能夠觀察到現(xiàn)象。利用“希沃授課助手”將手機與電腦連接，以手機攝像頭代替人眼進(jìn)行觀察。利用手機同步將實驗現(xiàn)象投影在大屏幕上，把科技植入教學(xué)，可以將個體觀察到的現(xiàn)象變?yōu)槿w都能看到的現(xiàn)象，完成分組與演示實驗的完美結(jié)合。

5 結(jié)語

著名的教育家陶行知提出了“生活即教育”和“社會即學(xué)?！钡挠^點，他主張“教學(xué)做合一”“讓教育走進(jìn)孩子的生活世界”。教師要充分利用教材中綜合實踐活動課程資源，嘗試開發(fā)自己獨有的教學(xué)資源，從傳統(tǒng)課程的實施者轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代課程開發(fā)者與實施者，積極走到“教師即課程”的改革前沿。