突破凸透鏡成像規(guī)律復(fù)習(xí)難點(diǎn)

劉強(qiáng)

【摘 要】本文的研究目的是使學(xué)生學(xué)會(huì)利用光路作圖法去分析、理解其成像規(guī)律，從而少走彎路，避免枯燥繁雜的死記硬背，利用形象思維，達(dá)到事半功倍的效果，徹底理解和掌握凸透鏡成像的規(guī)律。本文用到的方法是光路作圖以及圖像分析法，通過(guò)作圖以及圖像法的分析，得出的結(jié)論是：一倍焦距點(diǎn)為成實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)，也是分倒立像和正立像的分界點(diǎn)，二倍焦距點(diǎn)為成放大像與縮小像的分界點(diǎn)。成實(shí)像時(shí)，物近像遠(yuǎn)像變大，物遠(yuǎn)像近像變?。怀商撓駮r(shí)，物近像近像變小，物遠(yuǎn)像遠(yuǎn)像變大。

【關(guān)鍵詞】三條特殊光線；光路作圖；圖像法；實(shí)像；虛像

凸透鏡成像問(wèn)題始終是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，一遇這樣的問(wèn)題就倍感頭痛，無(wú)從著手，學(xué)生很難掌握凸透鏡成像規(guī)律，更談不上利用這些規(guī)律來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，筆者總結(jié)多年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，利用光路作圖及圖像法形象地表示凸透鏡成像規(guī)律，效果較好，現(xiàn)總結(jié)如下。

光路作圖雖不是初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的內(nèi)容，但是“受之以魚”不如“授之以漁”，教給學(xué)生利用光路作圖法去分析、理解其成像規(guī)律，可以少走彎路，避免枯燥繁雜的死記硬背，利用形象思維，達(dá)到事半功倍的效果。

首先要讓學(xué)生認(rèn)清以下主要概念：主光軸（通過(guò)凸透鏡的兩個(gè)球面的球心的連線），光心（凸透鏡上有個(gè)特殊的點(diǎn)，光線通過(guò)時(shí)方向不變，這個(gè)點(diǎn)既光心），焦點(diǎn)（陽(yáng)光通過(guò)凸透鏡后匯聚成一個(gè)最小最亮的點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)的溫度很高，稱作焦點(diǎn)），焦距（焦點(diǎn)到透鏡光心的距離）。通過(guò)課件演示或者通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握三條特殊光線的光路傳播規(guī)律。

凸透鏡中有三條特殊光線，它們經(jīng)凸透鏡折射后的方向并不難記，學(xué)生很容易掌握。它們是：①平行于主光軸的光線，經(jīng)凸透鏡折射后通過(guò)焦點(diǎn)，②通過(guò)凸透鏡光心的光線方向不改變，③從焦點(diǎn)射來(lái)的光線經(jīng)凸透鏡折射后平行于主光軸射出。其實(shí)光路作圖就是任選其中的兩條光線，讓這兩條光線通過(guò)凸透鏡后的折射光線相交，或讓這兩條光線通過(guò)凸透鏡折射后的反向延長(zhǎng)線相交，從而得出像點(diǎn)，再進(jìn)行理想推理，物體上的所有的點(diǎn)通過(guò)凸透鏡折射后就匯聚成了整個(gè)物體的像。（從同一物體上的同一個(gè)點(diǎn)可以反射出無(wú)數(shù)條光線），通常為了方便，選①與②兩條即可完成光路作圖。

圖（一）表示同一物體在同一凸透鏡的不同位置經(jīng)凸透鏡折射后的成像光路。為了便于觀察和分析，用1、2、3分別表示同一物體的三個(gè)典型位置，用1o、2o、3o分別表示所成像的位置，用實(shí)線表示實(shí)像，用虛線表示虛像，使學(xué)生看起來(lái)非常直觀易懂。

①當(dāng)物距u>2f時(shí)，像距f2f，成倒立、放大的實(shí)像。③當(dāng)物距uu，成正立、放大的虛像。教師可以再畫出一圖，繼續(xù)分析這三種成像情況，進(jìn)一步分析引導(dǎo)學(xué)生得出，實(shí)像總是倒立的，像和物在透鏡的異側(cè)，虛像總是正立的，像和物在透鏡的同側(cè)。u>2f、f

（圖一）

由此圖容易看出：當(dāng)u=2f時(shí)成等大、倒立實(shí)像；當(dāng)u=f時(shí)無(wú)交點(diǎn)，表示不成像（或認(rèn)為像成在無(wú)窮遠(yuǎn)處）。

當(dāng)物體在一倍焦距之外（u>f）時(shí)，物體離凸透鏡越近，像距越大；物體離凸透鏡越遠(yuǎn)，像距越小，即物近像遠(yuǎn)，物遠(yuǎn)像近；當(dāng)物距u=2f時(shí)，像距v=2f；物體在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)，像距v=f；當(dāng)物體在一倍焦距之內(nèi)（u

用h0表示物體的大小，f左側(cè)表示正立虛像，f右側(cè)表示倒立實(shí)像，當(dāng)物距為零（即物體緊貼于薄凸透鏡一側(cè)）時(shí)，像的大小與物體等大；當(dāng)物體位于凸透鏡的一倍焦距之內(nèi)時(shí)成正立放大虛像；物體在一倍焦距上時(shí)不成像，也可認(rèn)為像在無(wú)窮遠(yuǎn)處；當(dāng)物體處在二倍焦距時(shí)，成等大的實(shí)像；當(dāng)物體處在二倍焦距之外時(shí)，成倒立縮小實(shí)像；當(dāng)物體在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)，像的大小幾乎為零。一倍焦距點(diǎn)為成實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)，也是分倒立像和正立像的分界點(diǎn)，二倍焦距點(diǎn)為成放大像與縮小像的分界點(diǎn)。還可以得出，成實(shí)像時(shí)，物近像遠(yuǎn)像變大，物遠(yuǎn)像近像變??；成虛像時(shí)，物近像近像變小，物遠(yuǎn)像遠(yuǎn)像變大。

總之，在教學(xué)過(guò)程中教師要啟發(fā)學(xué)生積極思考，積極動(dòng)手操作，不但動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，還要?jiǎng)邮衷O(shè)計(jì)，作圖，草畫思路過(guò)程，針對(duì)謀道物理題，畫出反應(yīng)題目意思的圖像，圖形，設(shè)計(jì)圖等，這會(huì)大大提高了解題能力，還能培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，符合新時(shí)代科技創(chuàng)新的教育理念。