凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

涂和平

摘 要：在初中科學(xué)物理部分的教學(xué)中對凸透鏡成像規(guī)律進(jìn)行探究的實(shí)驗(yàn)屬于一個(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn)，對于很多初中生來說，凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)屬于一個(gè)應(yīng)用廣泛、結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)和內(nèi)容繁多的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，往往具有一定的難度。與此同時(shí)，在新課程標(biāo)準(zhǔn)中凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)也被規(guī)定為必做的分組實(shí)驗(yàn)，因此如何做好凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)受到了廣大物理教師的普遍關(guān)注。為了能夠更好地提升實(shí)驗(yàn)效果，本文立足于原有實(shí)驗(yàn)方案，對凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)對策進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：初中科學(xué)；凸透鏡成像；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，物理學(xué)研究問題的主要方法就是實(shí)驗(yàn)和觀察。在初中科學(xué)物理部分的教學(xué)中物理實(shí)驗(yàn)除了屬于物理教學(xué)的基礎(chǔ)之外，同時(shí)還是促進(jìn)物理教學(xué)有效性的重要內(nèi)容和手段。通過凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)除了能夠讓學(xué)生將相關(guān)內(nèi)容更好地掌握住之外，還可以使學(xué)生對探究成功的樂趣具有更好地體驗(yàn)，極大地增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)好初中科學(xué)物理部分的信心，筆者以自己的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為根據(jù)對凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施進(jìn)行了介紹。

1 凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)光源的問題和改進(jìn)措施

1.1 凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)光源的問題

首先，在使用蠟燭作為光源的時(shí)候，學(xué)生通過燭焰所形成的成像能夠?qū)⑸舷孪喾吹沽⒌那闆r很好地觀察到，然而卻無法發(fā)現(xiàn)左右相反的成像特點(diǎn)，這時(shí)候只有用手煽火焰才可以讓學(xué)生觀察到。此外，這種方法無法長時(shí)間通過光屏承接，也無法使學(xué)生留下深刻的實(shí)驗(yàn)印象。

其次，在具體的燃燒過程中蠟燭會出現(xiàn)不斷變短的情況，所以，光屏中心、凸透鏡光心、燭焰中心在蠟燭燃燒一段時(shí)間后不能夠保持在同一高度上，這時(shí)候必須要對三者的高度進(jìn)行重新調(diào)整才能夠找到像，因此會對學(xué)生的思維產(chǎn)生極大地干擾作用[1]。

再次，在具體的操作過程中，學(xué)生肯定會由于自身的動作導(dǎo)致燭焰周圍出現(xiàn)空氣流動，而在空氣流動的情況下燭焰會發(fā)生晃動，并且出現(xiàn)大小不穩(wěn)定的情況，因此影響到光屏上像的位置和清晰度，而且很難將最清晰像的位置確定下來，最終引發(fā)實(shí)驗(yàn)誤差。此外，由于需要在密閉的暗室中進(jìn)行該試驗(yàn)，蠟燭燃燒在空氣與室外流通不暢的情況下會出現(xiàn)濃烈的氣味，并且增加實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的二氧化碳濃度，對人體產(chǎn)生不良刺激。

最后，通常都是靠蠟淚將蠟燭粘在托盤上，這樣很容易導(dǎo)致蠟燭出現(xiàn)傾斜的情況，而且真實(shí)的燭焰到凸透鏡光心的距離無法被讀出，最終引發(fā)實(shí)驗(yàn)誤差。此外，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生需要用火柴將蠟燭點(diǎn)燃，而一些學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)之后還會私下對擦燃火柴的樂趣進(jìn)行再次體現(xiàn)，再加上在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候需要同時(shí)點(diǎn)燃幾十只蠟燭，因此整個(gè)實(shí)驗(yàn)室中會出現(xiàn)很多的著火點(diǎn)，非常容易釀成燒傷事故，在嚴(yán)重的情況下還會引發(fā)火災(zāi)，因此這種方式具有一定的安全隱患。

1.2 改進(jìn)蠟燭光源的對策

為了使上述的問題得到有效的解決，在具體的實(shí)驗(yàn)過程中可以采用由排列的發(fā)光二極管組成的“F”形圖案取代實(shí)驗(yàn)中的發(fā)光物體燭焰。在光屏正面的中央位置以“F”樣圖案鑲嵌九個(gè)紅色的發(fā)光二極管，隨后用焊錫在光屏背面將九個(gè)二極管串聯(lián)在一起，與電池和開關(guān)連接上。這種改進(jìn)方式具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢：

首先，在具體的實(shí)驗(yàn)過程中風(fēng)不會對光源產(chǎn)生影響，導(dǎo)致光源出現(xiàn)大小改變和晃動的情況，同時(shí)也有效地防止了由于燭焰晃動和蠟燭燃燒變短而帶來的實(shí)驗(yàn)不便的問題，使得光屏上的成像具有更加穩(wěn)定和清晰的特點(diǎn)，有效地降低了實(shí)驗(yàn)誤差[2]。

其次，該光源本身屬于“F”形，因此學(xué)生能夠直接觀察到在光屏上成像具有左右、上下均相反的特點(diǎn)，通過這種方式能夠很好的糾正學(xué)生認(rèn)為凸透鏡只有上下倒立的成像的錯(cuò)誤觀念，因此能夠?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)中的一個(gè)認(rèn)知難點(diǎn)很容易的突破掉。

最后，該光源還具有可重復(fù)使用、安全可靠和方便操作的一系列的優(yōu)勢。

2 凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)光屏的問題和改進(jìn)措施

采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法往往只能夠目測光屏上成像的大小，一旦在位于兩倍焦距的距離上物體成等大的實(shí)像時(shí)，很多學(xué)生就會錯(cuò)誤的認(rèn)為其是縮小的，這主要是由于與物體本身相比，成像顯得要暗，從而進(jìn)一步導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生變小的錯(cuò)覺，通過這種方式利用目測的方法很難真正得到的結(jié)論。為此，在具體的實(shí)驗(yàn)過程中教師可以將等間距的刻度標(biāo)注在光源所在的承接像的光屏中，這樣在對成像大小進(jìn)行觀察、比較和記錄的時(shí)候顯得更加方便，并且極大地提升了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

3 凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)光具座的問題和改進(jìn)措施

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中光具座的最左端采用標(biāo)尺和零刻度等，在具體的實(shí)驗(yàn)過程中要想得出物距和像距，首先必須要經(jīng)過兩次減法運(yùn)算。在對其進(jìn)行改進(jìn)之后，在光具座原來45厘米的地方標(biāo)注標(biāo)尺將零刻度，然后在該位置對凸透鏡進(jìn)行固定，分別從左右兩個(gè)位置將刻度值讀出，由于數(shù)字從中間到兩邊不斷地增大，這樣在實(shí)驗(yàn)的過程只需要將其中的兩個(gè)數(shù)據(jù)讀出，而且不需要任何計(jì)算的過程就能夠?qū)⑾窬嗪臀锞嗟贸觥Ｍ瑫r(shí)采用這種方式能夠有效地避免實(shí)驗(yàn)以外的干擾因素，具有節(jié)省時(shí)間和減小難度的優(yōu)勢，因此學(xué)生可以在科學(xué)探究中投入更多的精力[3]。

4 凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)透鏡的問題和改進(jìn)措施

在具體的實(shí)驗(yàn)過程中，按照凸透鏡的成像規(guī)律，如果將凸透鏡的一部分遮擋住，這時(shí)候成效就會變暗，而且成像的位置和大小則保持不變。如果學(xué)生沒有親自觀察這個(gè)現(xiàn)象，就不會接受這個(gè)規(guī)律。這時(shí)候就可以將一個(gè)遮光套加設(shè)在凸透鏡上，對成像在光變體發(fā)生變化之后是否條件變化進(jìn)行觀察，其具體的做法為：首先對完整透鏡的成像情況進(jìn)行認(rèn)真觀察，最后通過遮光套的方式使透鏡的透光面積逐漸地發(fā)生改變，再讓學(xué)生對成像的變化情況進(jìn)行認(rèn)真觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過該方法具有非常顯著的效果。

5 結(jié)語

在初中科學(xué)物理內(nèi)容的教學(xué)中，物理實(shí)驗(yàn)具有十分重要的作用。利用探究活動不僅可以讓學(xué)生獲得必要的技能和知識，還可以使學(xué)生在探究的活動中掌握創(chuàng)造和探究的能力，更為重要的是在探究活動中每個(gè)學(xué)生都能夠獲得較大的成就感，因此教師必須要重視物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，并且不斷地改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)方式，確保獲得最佳的實(shí)驗(yàn)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2]郭玉英.在初中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)（下）[J].新課程教學(xué)（電子版），2015（07）.

[3]王令斌.淺談初中物理教學(xué)對學(xué)生能力的培養(yǎng)[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)（教師教育），2016（02）.