淺議凸透鏡成像規(guī)律實驗課的反思及改進方法

淺議凸透鏡成像規(guī)律實驗課的反思及改良方法〔〕:

摘要：在初中物理中，凸透鏡成像規(guī)律的探究內(nèi)容繁多，應用相對廣泛，實驗難度較高。因此在新課標下，凸透鏡成像實驗的操作，應引起物理教師的關注。通過凸透鏡成像規(guī)律實驗課，探究如何上好一節(jié)物理實驗課，反思凸透鏡成像規(guī)律實驗課中存在的問題并改良，找到正確的探究方法，提升探究效率。

關鍵詞：初中物理；凸透鏡成像；實驗

?義務教育物理課程標準?中提出：義務教育階段的物理課程是一門將實驗作為根底的自然科學，需要注意學生科學探究的過程，學習物理學的根底知識，掌握科學研究方法，可以幫助學生提升問題的分析與解決才能。另外，在?義務教育物理課程標準?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";的實驗，不但是初中物理重要探究實驗之一，而且還是學生學習的一個重大難點。這個重要探究實驗的成功與否，直接關系到學生對凸透鏡成像規(guī)律及其相關知識的掌握程度。做好這個探究實驗可以培養(yǎng)學生動手才能和學生實驗探究才能，增強學生的探究意識。

一、凸透鏡成像規(guī)律實驗面臨的根本問題及改良措施

針對凸透鏡成像規(guī)律面臨的根本問題進展分析，可以讓學生對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法發(fā)現(xiàn)，這時，就只可以利用手扇的方式加以觀察。另外，這樣主要是通過光屏來實現(xiàn)承接，無法讓學生對這一實驗擁有足夠的印象。在燃燒過程中，蠟燭還會出現(xiàn)不斷變短的情況。因此，在燃燒一段時間之后，光屏中心、燭焰中心以及凸透鏡光心就無法保持同一高度，這時就需要重新調(diào)整，會影響學生的思維。此外，在實際操作中，由于自身的動作，就可能導致實驗出現(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，進而影響實驗準確性。從學生的身體安康考慮，蠟燭具有亮度缺乏和不穩(wěn)定，這個實驗條件需要在無風或封閉的較暗教室室中進展，全班多組實驗同時進展，多個蠟燭長時間燃燒會產(chǎn)生大量的煙霧，這種煙霧又有濃烈的氣味會讓學生感到不適，也不利于學生的成長。

針對上述問題，在實驗過程中，可以利用排列的發(fā)光二極管來組成"F";形圖案，取代本來發(fā)光物體燭焰。并且在光屏正面中央位置，也可以選擇"F";樣圖案來排列9個紅色發(fā)光的二極管，之后利用焊錫在光屏的反面將9個二極管串聯(lián)起來，然后與電池和開關互相連接，這樣就可以解決上述存在的問題。這種方式的優(yōu)點在于：首先，在詳細的實驗過程中風不會對光源產(chǎn)生影響，導致光源出現(xiàn)大小改變和晃動的情況，同時也可以防止蠟燭燃燒之后變短或者是出現(xiàn)晃動之后，造成實驗不準確的情況出現(xiàn)，讓成像更加的明晰與穩(wěn)定，可以有效地降低實驗誤差。其次，因為其本身為"F";型，所以，可以對上下左右相反的特點加以觀察，通過這樣的方式，也可以糾正本來錯誤的觀念，幫助學生打破學習過程之中的個人認知難點，輕松地學習相應的知識。

〔二〕光屏問題

傳統(tǒng)的實驗，光屏上的成像大小只可以進展目測，一旦處于兩倍焦距間隔，再加上其物體成等大的實像，學生就可能認為其出現(xiàn)了縮小，這主要是因為相比物體本身，其成像偏暗，讓學生出現(xiàn)一種變小的錯覺，通過這樣的方式，選擇目測是很難獲取正確結論的。所以，在實驗過程當中，教師就可以選擇等間距的刻度標注在本來光源所在的承接像光屏之中，然后對其進展觀察、比擬與記錄，進而提升實驗的準確性。所以，在實驗過程當中，教師可以在光屏貼上畫有網(wǎng)格線的紙片，這樣網(wǎng)格線有助于學生直觀地觀察像的大小的變化情況，另外畫網(wǎng)格時橫線的線條可以采用不同的顏色畫，這樣有助于學生更準確地比擬像與物的大小關系，進而提升實驗的準確性。

〔三〕光具座問題

在傳統(tǒng)的實驗操作中，其光具座最左端會考慮到選擇的標尺和零刻度。在實驗過程中，為了獲取像距以及物距，首先就需要通過兩次的減法運算。在改良中，在光具座原來45厘米的地方標注標尺將零刻度，然后在該位置對凸透鏡進展固定，然后讀出左右兩個位置的刻度值，但是因為從中間到兩邊的數(shù)字在不斷地增大，在實驗之中就只需要將兩個數(shù)據(jù)讀出來，并且也不需要任何計算，從而得到物距與像距。另外，這樣的方式可以躲避外在因素帶來的影響，在時間節(jié)約的同時，也可以實現(xiàn)難度的有效控制，使得學生可以擁有更多的精力主動投入到科學探究中去。

〔四〕透鏡問題

基于凸透鏡成像的規(guī)律分析，在遮擋凸透鏡一局部之后，會出現(xiàn)成像變暗的情況，并且其實際的位置與大小根本不會改變。假設這一現(xiàn)象沒有親身的體驗，對于這一規(guī)律就很難去把握。因此，可以選擇增加一個遮光套，一旦有相對應變化出現(xiàn)之后，就可以針對其進展觀察。因此，在實際操作之中：針對透鏡的成像情況進展認真的觀察，然后通過添加的遮光套，可以逐漸地改變透鏡的透光面積，讓學生認真地觀察成像變化情況。經(jīng)過實驗結果分析，這樣的方式，其效果也是非常明顯的。

二、凸透鏡成像規(guī)律實驗詳細問題的改良探究

本章節(jié)的分析，主要是在探究進程之中，讓學生擁有獲取提問的才能；通過探究，對探究的整個過程進展分析與體驗；愿意探究自然現(xiàn)象以及生活中的物理學原理；學習物理現(xiàn)象之中科學規(guī)律歸納的方法。在改良之后，一般教師都會說：首先在蠟燭擺放在與凸透鏡相隔較遠的地方，確保其物距超過2倍的焦距，然后調(diào)整凸透鏡和光屏的間隔，確保其燭焰所形成的像是明晰的，然后針對其正倒、大小進展仔細的觀察，這樣就可以對其遠近間隔進展測量；然后，將其適當?shù)乜拷雇哥R，在物距為1-2倍焦距之間即可，然后進展上述操作的重復。當挪動到焦點位置的時候，對光屏上是否成像加以觀察；當蠟燭再一次靠近凸透鏡的時候，讓物小于1倍焦距，觀察光屏上可以成像，而這時候怎樣才可以看到像？

這種探究方式，會導致學生陷入固定的思維形式，也就是在某一個詳細的規(guī)定范圍之內(nèi)進展科學探究，雖然這樣也可以在探究之后讓學生獲取想要得到的結果，但是不熟悉凸透鏡成像的學生，他們就不知道為什么需要規(guī)定范圍。這樣的前提下，就會阻礙學生探究的施行，也不能在普遍的條件下，在更為廣闊的范圍之中進展對應的歸納與探究，最終獲取想要的結果。同時，學生自身還會有下述的問題出現(xiàn)：為什么一定要按照劃分的區(qū)域來進展呢？假設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？

改良之后，主要是因為沒有對測像距與物距存在特殊關系的點加以預先的規(guī)定，而是先考慮到物距較大的進展測量觀察，然后再逐漸地觀察減小物距之后的測量，并且分析實驗現(xiàn)象以及數(shù)據(jù)，然后通過實驗的方法來尋找特殊點，最后進展總結與歸納，這樣可以獲取凸透鏡的成像規(guī)律。

在經(jīng)過改良之后，引導學生使蠟燭離凸透鏡的間隔從遠到近間隔幾厘米一次的測量。如，物距分別從30厘米至21厘米的時候間隔幾厘米測量一次，但詳細間隔幾厘米由學生自己決定，這樣可以使實驗更具有普遍性。接著，教師與學生一起針對其進展歸納與總結：當物距u大于2倍焦距時，物體經(jīng)過凸透鏡所呈現(xiàn)出來的就是倒立縮小的實像。這樣，學生的實驗結果和教師的實驗結果一樣，也可以促進學生的自信心。同樣方法，物距處于11厘米至19厘米的位置上，教師演示實驗選擇幾組實驗〔18厘米、15厘米、12厘米〕，物距大于1倍焦距小于2倍焦距的時候，也就是2f＞u＞f，實驗現(xiàn)象明顯得到：當物距u大于1倍焦距小于2倍焦距，通過凸透鏡呈現(xiàn)出倒立放大的實像。

之后，再引導學生考慮，為什么在21cm位置上，在光屏上成倒立縮小的實像，而在18cm處時，又得到倒立放大的實像，那么是否中間存在物像等大的點？接著讓學生帶著問題探究倒立等大實像的點，從而探究20cm這一個點的性質(zhì)。經(jīng)過分析之后，學生就可以找到20cm的位置是像放大與縮小的分界點。通過這樣的適當改良，就可以讓學生對其有更加清楚的認識與理解。

總而言之，基于前人研究的根底，針對凸透鏡成像規(guī)律實驗課之中存在的根底問題和理論操作問題進展分析，希望可以對今后的實驗教學有一定的指導意義。并且也希望通過本文的探究，讓越來越多的學生懂得如何