凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)題的復(fù)習(xí)課設(shè)計(jì)

張晶 李巖 高葳

摘 要：凸透鏡成像規(guī)律歷來(lái)是中考的高頻考點(diǎn)。近年來(lái)凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)題的考察越來(lái)越傾向于實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析及相關(guān)操作評(píng)估。針對(duì)此類問(wèn)題本文給出講解分析。

關(guān)鍵詞：凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)；規(guī)律分析；題目設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）7-0046-4

凸透鏡成像規(guī)律歷來(lái)是中考復(fù)習(xí)中的重難點(diǎn)。近年來(lái)對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的考察越來(lái)越傾向于實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析及相關(guān)操作評(píng)估。對(duì)于凸透鏡實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及現(xiàn)象，分析是難點(diǎn)。學(xué)生對(duì)于這樣的問(wèn)題設(shè)計(jì)往往無(wú)從下手，或是感到迷茫。本文力求通過(guò)環(huán)環(huán)相扣的習(xí)題設(shè)計(jì)幫助學(xué)生完整回顧并理解凸透鏡成像的相關(guān)實(shí)驗(yàn)題及其解題思路。本文將凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)題涉及的問(wèn)題劃分為器材篇、組裝調(diào)節(jié)篇、成像規(guī)律篇、分析數(shù)據(jù)篇4大板塊進(jìn)行講解。

1 器材篇

實(shí)驗(yàn)器材的選擇和調(diào)試是實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的前提，也是完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡谋ＷC。此類實(shí)驗(yàn)題考查學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之前的器材選擇及選擇的原因。

例題1 下列選項(xiàng)中，哪一項(xiàng)是凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)中的物（ ）

A.不含燭焰的蠟燭

B.蠟燭的燭焰

C.蠟燭和燭焰的整體

D.不點(diǎn)燃的蠟燭

答案：B。判斷物是誰(shuí)，應(yīng)該從像入手，像是什么就決定了物是什么。像是燭焰，所以物也是燭焰。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生經(jīng)歷了平面鏡成像，小孔成像以及凸透鏡成像，對(duì)于像、物分別是誰(shuí)容易混淆。本題從方法上講明怎樣區(qū)分像、物。

例題2 如果選用發(fā)光二極管組成字母作為光源，下列哪個(gè)字母作為物體更合適？

A.O B.W C.F D.A

答案：C。為了判斷像、物的上下、左右顛倒情況，應(yīng)避免選擇對(duì)稱字母。

設(shè)計(jì)意圖：關(guān)于物的選擇，突出對(duì)像倒立的理解。

2 組裝調(diào)節(jié)篇

實(shí)驗(yàn)器材的組裝和調(diào)節(jié)是實(shí)驗(yàn)猜想和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的具體化和程序化。對(duì)于本類型的實(shí)驗(yàn)題，學(xué)生應(yīng)該了解怎樣調(diào)節(jié)；為什么這樣調(diào)節(jié)；能夠分析調(diào)節(jié)過(guò)程中遇到的問(wèn)題、現(xiàn)象及其原因。對(duì)于學(xué)生而言，最重要的就是找到清晰的像。

例題3 將蠟燭、凸透鏡和光屏放在光具座上，使?fàn)T焰、凸透鏡和光屏三者的中心大致在_____，并使光屏與透鏡所在的平面________，透鏡和光屏與光具座導(dǎo)軌_______。

答案：同一高度上；平行；猜測(cè)：垂直。（結(jié)合實(shí)驗(yàn)器材課堂實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）

設(shè)計(jì)意圖：器材的組裝、調(diào)試是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。應(yīng)該讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的調(diào)節(jié)要求（靜態(tài)位置調(diào)節(jié)）；還要讓他們知道為什么這樣調(diào)節(jié)（見(jiàn)下題）。

拓展 使?fàn)T焰、凸透鏡和光屏三者的中心大致在同一高度的目的？

答案：使像始終成在光屏中央（強(qiáng)調(diào)始終）。

例題4 燭焰降低時(shí)，光屏上的像向______移動(dòng)。 要使像重新成在光屏的中心，如果只調(diào)光屏，光屏將向______移動(dòng)；如果只調(diào)凸透鏡，應(yīng)將凸透鏡向_______調(diào)。調(diào)好后，燭焰中心在凸透鏡_________（選填“主光軸的上方”“主光軸的下方”）。

答案：上；上；下；主光軸的下方（結(jié)合實(shí)驗(yàn)器材課堂實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或畫(huà)光路圖）。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)于燭焰的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，像的位置會(huì)隨之變化。本題引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到三者中心成像光路的變化情況。

例題5 在主光軸上移動(dòng)光屏找像的位置。請(qǐng)具體說(shuō)明怎樣操作才能把光屏調(diào)到準(zhǔn)確位置？

答案：將光屏調(diào)到某一位置，像清晰；再緩慢向左、向右移動(dòng)光屏，屏上的燭焰都比原來(lái)模糊，此位置即為像的位置。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生對(duì)于怎樣確定像的位置有時(shí)不太清楚，在操作時(shí)常常將物和光屏一塊移動(dòng)，這樣并不正確。本題既讓學(xué)生了解怎樣操作，又鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力。

例題6 將蠟燭放在一倍焦距以內(nèi)，移動(dòng)光屏找像時(shí)，看到光屏上出現(xiàn)一個(gè)大致是環(huán)狀的暗區(qū)，如圖1所示。這個(gè)暗區(qū)是怎樣產(chǎn)生的？（注：該實(shí)驗(yàn)所用的凸透鏡沒(méi)有邊框）

答案：射向凸透鏡以外的光線，使屏上形成亮區(qū)。射向凸透鏡的光線經(jīng)過(guò)凸透鏡會(huì)聚后，在光屏中心區(qū)域形成較亮的光斑。在亮區(qū)和較亮光斑之間因?yàn)闆](méi)有光線射到光屏，所以產(chǎn)生暗區(qū)。

設(shè)計(jì)意圖：類似現(xiàn)象學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中見(jiàn)到過(guò)，但對(duì)于成因并不了解。本題通過(guò)畫(huà)圖和文字?jǐn)⑹龅姆椒ń獯鹆藢W(xué)生心中的疑惑。

拓展：將一近視眼鏡放置在陽(yáng)光下，看到眼鏡下方出現(xiàn)一個(gè)“亮圈”，這個(gè)“亮圈”是怎樣產(chǎn)生的？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)作圖的方式充分理解凸透鏡和凹透鏡對(duì)光線的作用。

3 成像規(guī)律篇

此類問(wèn)題主要考察學(xué)生對(duì)凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用。涉及靜態(tài)規(guī)律和動(dòng)態(tài)規(guī)律兩方面。

例題7 將器材調(diào)整好后，把蠟燭放在大于二倍焦距的某位置，移動(dòng)光屏，找到了像。則光屏上的像是______、_______的實(shí)像。將燭焰緩慢靠近透鏡，光屏上還會(huì)出現(xiàn)_______、_______的實(shí)像和_______、_______的實(shí)像。

答案：倒立，縮?。坏沽?，等大；倒立，放大。

設(shè)計(jì)意圖：動(dòng)態(tài)地考察了變動(dòng)物距范圍凸透鏡成像規(guī)律的記憶。

拓展1 例題7過(guò)程中所成的像_____。（至少有一個(gè)選項(xiàng)正確，將正確選項(xiàng)的字母填在橫線上）

A.先是縮小的后是放大的

B.始終是縮小的

C.逐漸變大

D.先逐漸變小后逐漸變大

答案：AC。

設(shè)計(jì)意圖：本題難度較大，利用凸透鏡成實(shí)像時(shí)物近像遠(yuǎn)像變大的規(guī)律，選C。而物在靠近凸透鏡的變化過(guò)程中到達(dá)二倍焦距處之前成的像雖然是在變大（與初次成像相比），但仍然是縮小的像（與物“燭焰”相比），所以選A。

拓展2 例題7過(guò)程中，光屏應(yīng)向_____（選填“遠(yuǎn)離凸透鏡”或“靠近凸透鏡”）的方向移動(dòng)。在蠟燭移動(dòng)的過(guò)程中，物與像之間的距離______。

答案：遠(yuǎn)離凸透鏡，先減小再變大。

設(shè)計(jì)意圖：本題意在考察像距的變化情況，以及像距加物距之和的變化情況。

拓展3 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，獲得了凸透鏡成像規(guī)律。接著又做了一個(gè)“探究凸透鏡焦距”的實(shí)驗(yàn)。把凸透鏡放在50 cm刻線處，當(dāng)蠟燭在0刻線到30 cm刻線之間移動(dòng)時(shí)，屏上的像是倒立、縮小的；當(dāng)蠟燭在30 cm刻線到40 cm刻線之間移動(dòng)時(shí)，屏上的像是倒立、放大的。則所用凸透鏡的焦距是 _____ cm。

答案： 10 cm。

設(shè)計(jì)意圖：考察學(xué)生在實(shí)際操作過(guò)程中收集數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)初步分析的能力。

拓展4 將蠟燭放在一倍焦距以內(nèi)的某點(diǎn)，所成的像是正立、_____的虛像。如果將蠟燭從該點(diǎn)向凸透鏡移動(dòng)，在這個(gè)移動(dòng)過(guò)程中，所成的像_____。

（選填“逐漸變大”“逐漸變小”或“大小不變”）

答案：放大；逐漸變小。（回想用放大鏡看報(bào)紙。）

設(shè)計(jì)意圖：考查了成虛像時(shí)，物近像近像變小的動(dòng)態(tài)變化情況。

例題8 在凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)中：

（1）該實(shí)驗(yàn)中若凸透鏡成實(shí)像，那么凸透鏡成實(shí)像的條件是：物距_________焦距。

（2）調(diào)整好器材后，無(wú)論怎樣移動(dòng)光屏都不能在光屏上得到像，可能的原因是：_________。

（3）將蠟燭放在一倍焦距和二倍焦距之間的某點(diǎn)，在凸透鏡的另一側(cè)無(wú)論怎樣移動(dòng)光屏，都找不到像，說(shuō)明像距太大了，導(dǎo)致像距太大的原因是______。

答案：（1）大于；（2）物距小于焦距，成虛像； （3）燭焰離一倍焦距處太近。

設(shè)計(jì)意圖：考查學(xué)生在實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行分析。

例題9 小明探究完凸透鏡成像規(guī)律后，接著又做了一個(gè)觀察實(shí)驗(yàn)。他把光屏取下來(lái)，把發(fā)光物體放在凸透鏡左側(cè)，從凸透鏡右側(cè)沿主光軸向凸透鏡方向觀察，如圖2所示。當(dāng)眼睛離凸透鏡較遠(yuǎn)時(shí)看到了發(fā)光物體的倒立的像，離凸透鏡較近時(shí)就看不到這個(gè)像了，請(qǐng)分析并說(shuō)明其原因。

答案：因?yàn)榭吹降南袷堑沽⒌模允菍?shí)像，成像點(diǎn)在凸透鏡的右側(cè)。發(fā)光物體發(fā)出的光線經(jīng)凸透鏡折射后是會(huì)聚的，經(jīng)過(guò)成像點(diǎn)后是發(fā)散的。所以，眼睛必須在成像點(diǎn)以外的光線發(fā)散區(qū)域才能看到這個(gè)像。（結(jié)合畫(huà)圖方式解題更易理解）

設(shè)計(jì)意圖：考查了學(xué)生對(duì)于人眼看到像的成因和光路傳播過(guò)程的分析，以及畫(huà)圖能力。

4 分析數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不等于實(shí)驗(yàn)結(jié)論，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是客觀事實(shí)的反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)結(jié)論是在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)分析的結(jié)果。分析論證首先是對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的描述，然后才是對(duì)數(shù)據(jù)的分析比較。此類實(shí)驗(yàn)題一般先給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析得出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。

例題10 在探究“凸透鏡成實(shí)像時(shí)像距與物距的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，所用的實(shí)驗(yàn)器材有：光具座、凸透鏡、光屏和蠟燭等。

記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。請(qǐng)?jiān)诜礁窦埳袭?huà)出像距與物距的關(guān)系圖像（如圖3）。

把蠟燭放在光具座上的0刻線處，凸透鏡放在15 cm刻線處，如圖4所示。移動(dòng)光屏在a位置找到像；蠟燭和光屏不動(dòng)，只移動(dòng)凸透鏡，當(dāng)凸透鏡向某一方向移動(dòng)到b位置時(shí)，在光屏上又看到像。結(jié)合所畫(huà)圖像，判斷下列說(shuō)法正確的是_____________。

凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)考查側(cè)重于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、分析論證能力和評(píng)估能力。探究中讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)研究什么和怎樣研究，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該觀察什么，測(cè)量什么，記錄什么。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和論證能力。學(xué)生分析表格數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單比較，分析它們的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)后得到凸透鏡成像的規(guī)律。其他相關(guān)題目考查學(xué)生通過(guò)分析一些常見(jiàn)光學(xué)儀器的成像過(guò)程，嘗試用已有的科學(xué)規(guī)律解釋具體的實(shí)際問(wèn)題，獲得初步的分析概括能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立研究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的物理學(xué)原理的意識(shí)與能力，以使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中樂(lè)于觀察、勤于思考。

這樣的實(shí)驗(yàn)題讓學(xué)生經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)歸納科學(xué)規(guī)律的過(guò)程，全面考查了學(xué)生處理信息的能力、分析概括的能力，從而真實(shí)考查并提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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[3]義務(wù)教育教科書(shū) 教師教學(xué)用書(shū)八年級(jí) 上冊(cè)[M].北京：人民教育出版社.

[4]大連市五年中考一年模擬 物理[G].南京：南京大學(xué)出版社.

（欄目編輯 陳 潔）