“凸透镜成像的规律”实验器材对比与改进

付红娟

摘 要：凸透镜成像的规律是新人教版（2012版）八年级物理第五章第三节的内容，是一个较完整的探究实验，也是第五章的重点，《义务教育物理课程标准》中明确指出：“2.3.5探究并知道凸透镜成像的规律。”课标里也把它列为20个学生必做实验之一，可见本实验的地位之重。通过本实验，不仅使学生了解凸透镜的成像规律，而且使学生了解科学探究的方法，要想达到这一目标，就需要呈现出理想的实验效果，因此，实验器材的选取就显得尤为关键了。

关键词：凸透镜成像的规律；实验；稳定；对比；改进

在几年的教学实践中，我发现用传统的实验器材，学生并不能独立、顺利、高效地得出规律，在反复尝试和摸索之后，我对器材进行了改进。

一、教材实验装置的不足

教材中的实验装置如图1，分别是光具座、蜡烛、凸透镜、 白屏、火柴。

1.蜡烛火焰作为物体

（1）我们都知道燃烧的火焰会跳动，不稳定，并且不管教师演示还是学生分组实验，实验过程中肯定要相互交流甚至走动，越发使得成像的物体不稳定，在像不停跳动的过程中得来的数据，可想而知误差会多大，要想确定出放大和缩小的分界点那就更难了。

（2）蜡烛火焰自身有一定的厚度，物距该从火焰的哪个位置算起呢？这无疑又会产生误差。

（3）学生能明确地判断出所成的像是正立的还是倒立的，但要区分烛焰的左右就并不容易了，只能凭感觉主观地判断，这和“实事求是的实验态度”就相违背了。

（4）为了使像成在光屏的中央，点燃蜡烛后要调节烛焰、凸透镜和光屏，使三者中心大致在同一高度，此实验需要一定的时间来完成，蜡烛随着燃烧自身高度肯定会变小，这又如何保证“三心等高”？如果实验时间长了，甚至会出现在屏上找不到像的情况，就需要重新调整高度。

（5）光现象的实验通常在光线较暗的环境中更易观察，蜡烛火焰本身亮度并不高，要求有良好的遮光条件，门窗关上倒是便于观察了，但是蜡烛火焰燃烧时会产生刺鼻气味，学生长时间在这样的环境里肯定不利于身心健康。

（6）要点燃蜡烛必然要提供火柴，并且蜡烛火焰是明火，分组实验不像传统授课一样好掌控，学生是活动的个体，这对他们来说就是安全隐患。

2.光具座上的刻度尺

学生在探究过程中要记录物距和像距，每次都要经历“读数→计算→记录→比较”这个过程，如图2中：

物距：62cm-50cm=12cm

像距：85cm-62cm=23cm

若凸透镜焦距为10cm，则f2f。

这样花费了过多时间，淡化了教学的重点，无法实现高效课堂，有的学生甚至会直接把从刻度尺上读出的数误认为是物距和像距，直接记录下来。

二、对器材的改进方案和优点

【改进1】更换成像物体，利用强光手电筒和透明图案组合的方法替代蜡烛火焰。

具体做法：

（1）利用电池盒制作支架，连同强光手电筒固定于光具座左侧。

（2）将毛玻璃板用热熔胶与把手固定好，利用办公软件和红色塑料袋制作“F”图案，粘于毛玻璃板中央，固定到光具座上。

（3）打开手电，使光斑完全覆盖图案。这样就得到一个明亮的物体了，参看图5。

优点：①图案是静态的，具有极强的稳定性，整个装置可以随意移动到任意方向，尤其在向学生展示时；②可以批量制作不同颜色的不同图案，取材简单，更换也方便；③强光手电的发光强度可以调节，足以使成的像在明亮的环境中也很清晰。④“F”不仅上下好区分，左右也容易分辨，不需要教师过分引导，学生就能指出“左右颠倒”；⑤电筒不是明火，也不会产生不良气味，可谓安全环保。

【改进2】在白屏左侧粘贴与物体一模一样的“F”图案。

优点：能轻松、直观地比较物和像的大小、倒正关系，便于确定放大和缩小的分界点。

【改进3】增加背景标尺：用家装余料制作而成，正面有刻度线和“游码”，“游码”可以移动，实验前根据凸透镜的焦距将游码拨至O、F、2F处，如图3。

优点：参照明显，不需要通过减法计算物距和像距，一眼就能看出物距、像距与f、2f的关系，“游码”的位置可以根据不同凸透镜的焦距来自由调节，突破了原器材的空间难点，大大提高了课堂效率。

改进后需要的器材：光具座、強光手电筒、毛玻璃板、红色塑料袋、凸透镜、白屏、背景标尺。

三、实验现象

1.当u>2f时，f

2.当f2f，成倒立、放大的实像，如图5。

3.当u

参考文献：

潭世略，袁海泉.凸透镜成像实验的研究与改进[J].中学物理：初中版，2015，33（7）.