對探究凸透鏡成像規(guī)律實驗的思考與研究

齊愛華

摘 要：在初中物理實驗教學(xué)中，“探究凸透鏡成像規(guī)律”作為實驗課的重點，其教學(xué)難點多且集中，影響了實驗教學(xué)效果。對此，筆者依照自身多年教學(xué)經(jīng)驗，對該實驗進(jìn)行深入思考與研究，并提出了改進(jìn)措施，以便降低實驗難度，提高實驗教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：凸透鏡成像規(guī)律實驗 思考與研究 改進(jìn)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2019）03-0-01

前言

在八年級物理光學(xué)中的凸透鏡成像的規(guī)律實驗中，相信很多教師都遇到以下問題：明明物距相等，不同組學(xué)生卻測量出不同的像距；難以確定像與原物的準(zhǔn)確大小，在物距與二倍焦距等同時，一部分學(xué)生得到倒立放大的實像，而部分學(xué)生卻得到倒立縮小實像；在實驗過程中，學(xué)生大多依照教師要求進(jìn)行操作，驗證凸透鏡成像規(guī)律，卻不是自己一步步通過實驗得出，實驗效果不佳。對于種種現(xiàn)象，筆者展開思考與研究。

一、探究凸透鏡成像規(guī)律實驗中常見問題

至今為止，在探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗中，蠟燭仍是實驗的主要用具，便于學(xué)生清晰了解光的成像原理的同時，也存在一定問題，影響了學(xué)生對實驗的掌握。具體來講，在實驗器材上，蠟燭發(fā)光簡單，卻搖擺不定，蠟燭加火焰的準(zhǔn)確高度無法測量，影響了實物與成像的比較，且蠟燭為圓柱形，物距并非唯一值，為清晰確定像的位置帶來影響，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)存在誤差。在實驗操作方面，部分學(xué)生總是無法快速并準(zhǔn)確的在光屏上找到清晰的圖像，而導(dǎo)致該問題的原因是：學(xué)生在將蠟燭固定在某一位置后，移動光屏，不見成像后，又移動透鏡，如此，成像效果受到影響，而學(xué)生將透鏡移動前的物距與焦距進(jìn)行比較，結(jié)果出現(xiàn)錯誤。在數(shù)據(jù)處理上，實驗過程中，光具座、透鏡、物體依次排開，透鏡多固定在中間位置，40-50cm處，學(xué)生在讀出物距后，需要進(jìn)行計算，才能得出準(zhǔn)確距離，但是，諸多學(xué)生因為馬虎大意，直接忘記計算，最終整理實驗數(shù)據(jù)時，難以得到準(zhǔn)確的成像規(guī)律。為掌握實驗規(guī)律，學(xué)生需要采集大量數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律，但是，若沒有教師引導(dǎo)，學(xué)生很難保障所得結(jié)論的正確且全面；若在實驗探究前直接給予學(xué)生兩個分界點，由學(xué)生界定三個范圍，引導(dǎo)學(xué)生觀察三個區(qū)域內(nèi)凸透鏡的成像特點，降低實驗與數(shù)據(jù)分析難度的同時，卻也失去了學(xué)生自主研究的意義，實驗效果不佳[1]。

二、探究凸透鏡成像規(guī)律實驗的改進(jìn)措施

1.成像物體的改進(jìn)

在原先實驗過程中，蠟燭是常用的凸透鏡成像物體，然而，在實驗過程中，蠟燭火焰并非固定不動，始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)，為保障成像的清晰度，往往需要兩個人，一個人保護(hù)燭焰，保障燭焰穩(wěn)定，一個人調(diào)整光屏，使成像處于最清晰狀態(tài)，增大了實驗難度[2]。同時，在明亮的教室，燭焰效果并不好，若在暗室進(jìn)行實驗，學(xué)生很難清晰觀察數(shù)據(jù)，如此，蠟燭成像的效果不佳，直接增大了誤差率。對此，可改換成像物體，保障成像物體的穩(wěn)定性，并保證其在明亮教室內(nèi)依然清晰呈現(xiàn)在光屏上。如：將蠟燭更換為發(fā)光數(shù)碼顯示管，實驗過程中，可將數(shù)碼管上的數(shù)字調(diào)為“7”，便于學(xué)生清晰成像與后續(xù)的圖像測量。

2.光屏的改進(jìn)

通常，在實驗過程中，所用光屏多是一面白板，上面未標(biāo)識任何刻度，在判斷成像與實物圖的大小時，多是進(jìn)行估算，準(zhǔn)確度不高，影響了實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性。對此，可對光屏進(jìn)行改進(jìn)，在光屏上標(biāo)有刻度，以光屏中心為原點，通過建立直角坐標(biāo)系，確定成像的大小，為學(xué)生探究凸透鏡成像規(guī)律提供堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.添加刻度尺

須知，光具座上的滑塊、滑動橫桿間存在一定間隙，隨著使用時間與使用次數(shù)的延長，滑塊上的成像物體、凸透鏡、光屏等與滑動橫桿間并不垂直，在實驗過程中，依照滑塊標(biāo)記的距離進(jìn)行探究實驗，往往存在較大誤差[3]。對此，可在光具座與儀器上方的對稱點放置刻度尺，如圖1所示，保障所測量的位置是實驗的真實距離，有效控制誤差。

4.實驗數(shù)據(jù)收集方式的改進(jìn)

縱觀以往的教學(xué)實驗，筆者發(fā)現(xiàn)，在實驗數(shù)據(jù)的收集與分析中，常出現(xiàn)各種問題：有時教師全部放權(quán)于學(xué)生，學(xué)生很難保障所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與全面，如此，不僅浪費大量時間，最終實驗結(jié)果難以保障；而某些教師為避免學(xué)生無頭緒，多會為學(xué)生界定三個范圍，如此，提高了學(xué)生收集數(shù)據(jù)的速度，但是，學(xué)生最終未達(dá)到鍛煉效果。對此，優(yōu)化實驗數(shù)據(jù)的收集方式，成為重點。

實際上，想要得出凸透鏡成像規(guī)律，了解物距與焦距的關(guān)系，具有很多方式，但是，筆者依照多年教學(xué)經(jīng)驗，認(rèn)為以下方式較為適合實驗教學(xué)。教師將學(xué)生進(jìn)行分組，使學(xué)生分別對倒立放大、倒立縮小進(jìn)行收集，首先，引導(dǎo)學(xué)生觀察數(shù)據(jù)，尋找規(guī)律，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物距>像距，則白屏上成像為倒立縮小，若物距<像距，則白屏上成像為倒立放大，依照此規(guī)律，學(xué)生猜想物距=像距時，成像是否為倒立等大，并進(jìn)行驗證，如此，學(xué)生能夠準(zhǔn)確了解成像規(guī)律。而在驗證過程中，某些細(xì)心學(xué)生將會發(fā)現(xiàn)，實物與成像等大時，物距與像距為教具的兩倍，之后，教師可引導(dǎo)學(xué)生物距為兩倍焦距，像距為一倍焦距時，成像與實物的差異；物距為一倍焦距，像距為兩倍焦距，成像與實物的差異等，如此，學(xué)生不僅能夠快速掌握凸透鏡實驗規(guī)律，還真正發(fā)揮了學(xué)生自主研究的效果。

總結(jié)

總之，在初中物理教學(xué)中，凸透鏡成像實驗不僅是一門重要實驗課，還關(guān)系著學(xué)生對光學(xué)的學(xué)習(xí)與掌握，若教師仍然沿用傳統(tǒng)的實驗方式，將很難發(fā)揮實驗效果，實驗課開設(shè)的真正目的難以發(fā)揮。對此，應(yīng)積極改進(jìn)物理實驗，對成像物體、光屏、刻度尺、數(shù)據(jù)收集方式等進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，如此，積極解決實驗過程中存在的問題，充分發(fā)揮實驗教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]陳達(dá)成.探究凸透鏡成像規(guī)律實驗裝置及探究方法的改進(jìn)[J].廣西物理，2016（2）：37-39.

[2]蔡伶翠.“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗復(fù)習(xí)[J].課程教材教學(xué)研究：中教研究，2017（Z6）：68-70.

[3]宋福莉.小改變 大突破——一堂成功的“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗課課后反思[J].中學(xué)物理，2015，33（8）：38-38.