淺議凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)課的反思及改進(jìn)方法

羅雪籌 潘紅珍

摘 要：在初中物理中，凸透鏡成像規(guī)律的探究?jī)?nèi)容繁多，應(yīng)用相對(duì)廣泛，實(shí)驗(yàn)難度較高。因此在新課標(biāo)下，凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的操作，應(yīng)引起物理教師的關(guān)注。通過凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)課，探究如何上好一節(jié)物理實(shí)驗(yàn)課，反思凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)課中存在的問題并改進(jìn)，找到正確的探究方法，提升探究效率。

關(guān)鍵詞：初中物理;凸透鏡成像;實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-9132（2019）20-0082-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2019.20.072

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出：義務(wù)教育階段的物理課程是一門將實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，需要注意學(xué)生科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握科學(xué)研究方法，可以幫助學(xué)生提升問題的分析與解決能力。另外，在《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中也明確指出“探究并知道凸透鏡成像的規(guī)律”。由此可見，“探究凸透鏡成像的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，不但是初中物理重要探究實(shí)驗(yàn)之一，而且還是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)重大難點(diǎn)。這個(gè)重要探究實(shí)驗(yàn)的成功與否，直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)凸透鏡成像規(guī)律及其相關(guān)知識(shí)的掌握程度。做好這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力，增強(qiáng)學(xué)生的探究意識(shí)。

一、凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)面臨的基本問題及改進(jìn)措施

針對(duì)凸透鏡成像規(guī)律面臨的基本問題進(jìn)行分析，能夠讓學(xué)生對(duì)可能存在的問題加以分析，最終找到解決問題的有效途徑。

（一）光源問題

通過蠟燭來(lái)制作光源，通過燭焰成像的方式與上下相反的觀察方式，但是左右相反的成像卻無(wú)法發(fā)現(xiàn)，這時(shí)，就只能夠利用手扇的方式加以觀察。另外，這樣主要是通過光屏來(lái)實(shí)現(xiàn)承接，無(wú)法讓學(xué)生對(duì)這一實(shí)驗(yàn)擁有足夠的印象。在燃燒過程中，蠟燭還會(huì)出現(xiàn)不斷變短的情況。因此，在燃燒一段時(shí)間之后，光屏中心、燭焰中心以及凸透鏡光心就無(wú)法保持同一高度，這時(shí)就需要重新調(diào)整，會(huì)影響學(xué)生的思維。此外，在實(shí)際操作中，由于自身的動(dòng)作，就可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)誤差。并且依靠蠟淚，將其粘接在托盤上，這樣也有可能引起傾斜的問題，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。從學(xué)生的身體健康考慮，蠟燭具有亮度不足和不穩(wěn)定，這個(gè)實(shí)驗(yàn)條件需要在無(wú)風(fēng)或封閉的較暗教室室中進(jìn)行，全班多組實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，多個(gè)蠟燭長(zhǎng)時(shí)間燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧，這種煙霧又有濃烈的氣味會(huì)讓學(xué)生感到不適，也不利于學(xué)生的成長(zhǎng)。

針對(duì)上述問題，在實(shí)驗(yàn)過程中，可以利用排列的發(fā)光二極管來(lái)組成“F”形圖案，取代原本發(fā)光物體——燭焰。并且在光屏正面中央位置，也可以選擇“F”樣圖案來(lái)排列9個(gè)紅色發(fā)光的二極管，之后利用焊錫在光屏的背面將9個(gè)二極管串聯(lián)起來(lái)，然后與電池和開關(guān)相互連接，這樣就可以解決上述存在的問題。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于：首先，在具體的實(shí)驗(yàn)過程中風(fēng)不會(huì)對(duì)光源產(chǎn)生影響，導(dǎo)致光源出現(xiàn)大小改變和晃動(dòng)的情況，同時(shí)也可以避免蠟燭燃燒之后變短或者是出現(xiàn)晃動(dòng)之后，造成實(shí)驗(yàn)不準(zhǔn)確的情況出現(xiàn)，讓成像更加的清晰與穩(wěn)定，可以有效地降低實(shí)驗(yàn)誤差。其次，因?yàn)槠浔旧頌椤癋”型，所以，可以對(duì)上下左右相反的特點(diǎn)加以觀察，通過這樣的方式，也可以糾正原本錯(cuò)誤的觀念，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)過程之中的個(gè)人認(rèn)知難點(diǎn)，輕松地學(xué)習(xí)相應(yīng)的知識(shí)。

（二）光屏問題

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，光屏上的成像大小只能夠進(jìn)行目測(cè)，一旦處于兩倍焦距距離，再加上其物體成等大的實(shí)像，學(xué)生就可能認(rèn)為其出現(xiàn)了縮小，這主要是因?yàn)橄啾任矬w本身，其成像偏暗，讓學(xué)生出現(xiàn)一種變小的錯(cuò)覺，通過這樣的方式，選擇目測(cè)是很難獲取正確結(jié)論的。所以，在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，教師就可以選擇等間距的刻度標(biāo)注在原本光源所在的承接像光屏之中，然后對(duì)其進(jìn)行觀察、比較與記錄，進(jìn)而提升實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。所以，在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，教師可以在光屏貼上畫有網(wǎng)格線的紙片，這樣網(wǎng)格線有助于學(xué)生直觀地觀察像的大小的變化情況，另外畫網(wǎng)格時(shí)橫線的線條可以采用不同的顏色畫，這樣有助于學(xué)生更精確地比較像與物的大小關(guān)系，進(jìn)而提升實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

（三）光具座問題

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作中，其光具座最左端會(huì)考慮到選擇的標(biāo)尺和零刻度。在實(shí)驗(yàn)過程中，為了獲取像距以及物距，首先就需要通過兩次的減法運(yùn)算。在改進(jìn)中，在光具座原來(lái) 45厘米的地方標(biāo)注標(biāo)尺將零刻度，然后在該位置對(duì)凸透鏡進(jìn)行固定，然后讀出左右兩個(gè)位置的刻度值，但是因?yàn)閺闹虚g到兩邊的數(shù)字在不斷地增大，在實(shí)驗(yàn)之中就只需要將兩個(gè)數(shù)據(jù)讀出來(lái)，并且也不需要任何計(jì)算，從而得到物距與像距。另外，這樣的方式可以規(guī)避外在因素帶來(lái)的影響，在時(shí)間節(jié)約的同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)難度的有效控制，使得學(xué)生能夠擁有更多的精力主動(dòng)投入到科學(xué)探究中去。

（四）透鏡問題

基于凸透鏡成像的規(guī)律分析，在遮擋凸透鏡一部分之后，會(huì)出現(xiàn)成像變暗的情況，并且其實(shí)際的位置與大小基本不會(huì)改變。如果這一現(xiàn)象沒有親身的體驗(yàn)，對(duì)于這一規(guī)律就很難去把握。因此，可以選擇增加一個(gè)遮光套，一旦有相對(duì)應(yīng)變化出現(xiàn)之后，就可以針對(duì)其進(jìn)行觀察。因此，在實(shí)際操作之中：針對(duì)透鏡的成像情況進(jìn)行認(rèn)真的觀察，然后通過添加的遮光套，能夠逐漸地改變透鏡的透光面積，讓學(xué)生認(rèn)真地觀察成像變化情況。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，這樣的方式，其效果也是非常明顯的。

二、凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)具體問題的改進(jìn)探究?

本章節(jié)的分析，主要是在探究進(jìn)程之中，讓學(xué)生擁有獲取提問的能力;通過探究，對(duì)探究的整個(gè)過程進(jìn)行分析與體驗(yàn);愿意探索自然現(xiàn)象以及生活中的物理學(xué)原理;學(xué)習(xí)物理現(xiàn)象之中科學(xué)規(guī)律歸納的方法。在改進(jìn)之后，一般教師都會(huì)說：首先在蠟燭擺放在與凸透鏡相隔較遠(yuǎn)的地方，確保其物距超過2倍的焦距，然后調(diào)整凸透鏡和光屏的距離，確保其燭焰所形成的像是清晰的，然后針對(duì)其正倒、大小進(jìn)行仔細(xì)的觀察，這樣就可以對(duì)其遠(yuǎn)近距離進(jìn)行測(cè)量;然后，將其適當(dāng)?shù)乜拷雇哥R，在物距為1-2倍焦距之間即可，然后進(jìn)行上述操作的重復(fù)。當(dāng)移動(dòng)到焦點(diǎn)位置的時(shí)候，對(duì)光屏上是否成像加以觀察;當(dāng)蠟燭再一次靠近凸透鏡的時(shí)候，讓物小于1倍焦距，觀察光屏上能夠成像，而這時(shí)候怎樣才能夠看到像？

這種探究方式，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生陷入固定的思維模式，也就是在某一個(gè)具體的規(guī)定范圍之內(nèi)進(jìn)行科學(xué)探究，雖然這樣也可以在探究之后讓學(xué)生獲取想要得到的結(jié)果，但是不熟悉凸透鏡成像的學(xué)生，他們就不知道為什么需要規(guī)定范圍。這樣的前提下，就會(huì)阻礙學(xué)生探究的實(shí)施，也不能在普遍的條件下，在更為廣闊的范圍之中進(jìn)行對(duì)應(yīng)的歸納與探究，最終獲取想要的結(jié)果。同時(shí)，學(xué)生自身還會(huì)有下述的問題出現(xiàn)：為什么一定要按照劃分的區(qū)域來(lái)進(jìn)行呢？如果開始就位于物距大于2倍焦距的位置上，甚至是3倍和4倍，難道就不可以嗎？為什么一定要局限于1-2倍呢？

改進(jìn)之后，主要是因?yàn)闆]有對(duì)測(cè)像距與物距存在特殊關(guān)系的點(diǎn)加以預(yù)先的規(guī)定，而是先考慮到物距較大的進(jìn)行測(cè)量觀察，然后再逐漸地觀察減小物距之后的測(cè)量，并且分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及數(shù)據(jù)，然后通過實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)尋找特殊點(diǎn)，最后進(jìn)行總結(jié)與歸納，這樣可以獲取凸透鏡的成像規(guī)律。

在經(jīng)過改進(jìn)之后，引導(dǎo)學(xué)生使蠟燭離凸透鏡的距離從遠(yuǎn)到近間隔幾厘米一次的測(cè)量。如，物距分別從30厘米至21厘米的時(shí)候間隔幾厘米測(cè)量一次，但具體間隔幾厘米由學(xué)生自己決定，這樣可以使實(shí)驗(yàn)更具有普遍性。接著，教師與學(xué)生一起針對(duì)其進(jìn)行歸納與總結(jié)：當(dāng)物距u大于2倍焦距時(shí)，物體經(jīng)過凸透鏡所呈現(xiàn)出來(lái)的就是倒立縮小的實(shí)像。這樣，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和教師的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一樣，也可以促進(jìn)學(xué)生的自信心。同樣方法，物距處于11厘米至19厘米的位置上，教師演示實(shí)驗(yàn)選擇幾組實(shí)驗(yàn)（18厘米、15厘米、12厘米），物距大于1倍焦距小于2倍焦距的時(shí)候，也就是2f>u>f，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯得到：當(dāng)物距u大于1倍焦距小于2倍焦距，通過凸透鏡呈現(xiàn)出倒立放大的實(shí)像。

之后，再引導(dǎo)學(xué)生思考，為什么在21cm位置上，在光屏上成倒立縮小的實(shí)像，而在18cm處時(shí)，又得到倒立放大的實(shí)像，那么是否中間存在物像等大的點(diǎn)？接著讓學(xué)生帶著問題探索倒立等大實(shí)像的點(diǎn)，從而探索20cm這一個(gè)點(diǎn)的性質(zhì)。經(jīng)過分析之后，學(xué)生就可以找到20cm的位置是像放大與縮小的分界點(diǎn)。通過這樣的適當(dāng)改進(jìn)，就可以讓學(xué)生對(duì)其有更加清楚的認(rèn)識(shí)與了解。

總而言之，基于前人研究的基礎(chǔ)，針對(duì)凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)課之中存在的基礎(chǔ)問題和實(shí)踐操作問題進(jìn)行分析，希望可以對(duì)今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有一定的指導(dǎo)意義。并且也希望通過本文的探究，讓越來(lái)越多的學(xué)生懂得如何去操作實(shí)驗(yàn)，如何讓實(shí)驗(yàn)更加順利地完成。

參考文獻(xiàn)：

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[2]涂和平.凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中小企業(yè)管理與科技，2016（7）.

[責(zé)任編輯 谷會(huì)巧]

作者簡(jiǎn)介：羅雪籌（1986— ），漢族，廣東大埔人，中學(xué)二級(jí)，研究方向：初中物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

潘紅珍（1985— ），漢族，廣東梅縣人，中學(xué)二級(jí)，研究方向：初中物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

課題項(xiàng)目：本文系2018年廣東客家地區(qū)基礎(chǔ)教育師資培養(yǎng)培訓(xùn)協(xié)同育人中心《新時(shí)代廣東客家地區(qū)初中生物理實(shí)驗(yàn)操作能力研究》課題成果，課題編號(hào)：GDKJ1805。