凸透镜成像实验的改进

杨君太

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1672 -1578（2018）02 -0137 -01

研究凸透镜成像的实验是初中学生必做的分组实验，是学生后续进一步学习光学及凸透镜应用的基础，是期末、中考的必考点之一。通过这个试验能培养学生的观察、思考、比较归类、概括总结的能力，是教学的重点也是难点。

1.现在教材中实验器材的缺点

现行教材中凸透镜成像实验以蜡烛火焰为光源。蜡烛的火焰有不稳定、流出烛泪、灯芯过长等缺点，给实验带来了很多不便。且只能看出像的正倒，不能看出像的左右与物体相反。光屏时半透明的，导致像不清晰。现在有用“F”型光源来代替蜡烛，虽然避免了蜡烛火焰不稳定等缺点，但仍然不是点光源，难以做出当u=f时得到一束平行光的实验；也不能精确比较像与物体的大小。所以很多教师在做这个实验时都只做u>2f、2f>u>f、u

2.对凸透镜成像实验的改进

2.1 器材的改进

（1）在竖直的“F”型（有些“F”光源是倾斜的）光源的上增加一个LED点光源。

（2）在光屏上的适当位置画出与“F”等大的、倒立的、左右相反的图案（在做u=2f实验时像与图案完全重合），并为光屏做一个遮光罩或将光屏的一面做不透光处理。

（3）在光源过点光源和“F”的几何中心、凸透镜的光心、光屏的中心分别作一条水平线，延长到三者的侧面，在侧面作出标记，利于将三者调整在同一水平线上。

（4）将刻度尺40cm处改为O起点，往两边增大读数。

2.2 实验操作的改进

（1）由于凸透镜的焦距在制造过程存在误差，每一个凸透镜的实际焦距都不可能百分之百的等于标称焦距，一般都有3mm误差，这就要求在实验过程中注意误差范围。

（2）对u=2f和u=f的成像实验操作的改进。

①把凸透镜放在“O”厘米处。

②把遮光罩套在光屏上，把画有“F”的一面朝向凸透镜。

③u= 2f的实验操作（以，=10 +0. 3cm）为例进行说明：

2f= 20 +0. 6cm，即是u的取值范围在19. 4cm和20. 6cm之间，考虑到实际误差可能会更大，所以取更大的范围（如18 cm-22cm）。

把“F”光源、光屏都放在18（或更小）厘米处，点亮“F”光源，慢慢把光源和光屏往22厘米处移动，直到u=v、像与光屏上的图案重合，像最清晰最明亮。此时的u或v就是较精确的2f。（也可反向做）

这个实验既得出u=2f时，成倒立的等大的实像的结论，也找到了比较精确的2f。

④u=f的实验操作：

根据前面实验得出的焦距值，把光源放在焦点处（适当左右小范围移动），只打开点光源。左右移动光屏，观察到光屏上的圆形光斑大小几乎不变，从而得出结论：u=f时，不成像，得到一束平行光。

3.改进后的优点

改进后实验解决了原器材不能做“=2f和u=f这两个点上的实验的问题，更使实验操作简单方便，节省大量的实验时间，也有利于对凸透镜成像性质的归纳总结。

4.用点光源做u=f的实验原理

（1）蜡烛火焰和“F”光源在焦点处的光路图，随着光屏的远离，圆形光斑会逐渐变成跟物体的形状很相似，得不到“平行光”的结论。

（2）点光源在焦点处的光路图，光屏在近在远都得到大小基本相等的光斑，说明从焦点上发出的光经凸透镜折射后变成平行光。