凸透鏡成像演示儀

上海市科學學校馮華榮

一、項目摘要

借助手探照燈和刻有各類字母的白色彩紙做光源，通過凸透鏡后成像在有刻度的光屏上，增強實驗的成功率，幫助中學生直接判定物像的關系。

二、該項目的背景

華交大版《科學》八年級下第二章第三節(jié)“凸透鏡成像的特性”是小學光學內(nèi)容的重要部份，這個探究實驗要求學生理解物體通過凸透鏡成像的特征是：“虛、實、正、倒、放大、縮小”等，多年來實驗室里借助蠟燭、光距座、凸透鏡、光屏來研究凸透鏡成像的特性。

在實驗探究過程中，發(fā)覺有以下不足：

1、光源不足

第一，因為燭焰自身沿透鏡主軸方向有一定的長度，測定的物距不是惟一的，這會給確定像的位置帶來困難，因而促使檢測數(shù)據(jù)偏差較大．第二，因為蠟燭在燃燒的過程中不斷變短，因而燃燒一段時間后就不能使燭焰中心、凸透鏡光心和光屏中心在同一高度上，因而在光屏上找不到像的位置時就必須重新調(diào)整蠟燭的高度。第三，燭焰易搖晃且大小不穩(wěn)定，進而對光屏上像的清晰度形成影響而不便觀察。第四，因為此實驗要在的暗室中進行，空氣流通不暢，蠟燭在燃燒時發(fā)出濃郁的味道并使實驗室外甲烷含量降低，使中學生覺得不適。第五，在實驗過程中蠟燭不易固定，假若不慎還容易造成起火，存在安全隱患。第六，使用蠟燭所成的像

2、刻度尺不足

常見光具座上的刻度尺，通常是從左向右依次變大。中學生在探究的過程中記錄物距、像具時常常要經(jīng)過估算，而不少中學生忘掉估算，直接記下刻度尺上的刻度，這將直接影響數(shù)據(jù)的剖析、規(guī)律的總結。

3、成像單一

由于使用蠟燭，在光屏上只能成關于蠟燭的像凸透鏡成像原理實驗，而中學生在做題目中常常會遇到好多關于一些字母或數(shù)字成像的特性。

4、光屏的不足

往年光屏上成像的大小是用目測，倘若成放大或縮小的虛像可以分辨下來。但當坐落兩倍焦距上成等大的虛像時，中學生常常覺得是縮小的。因而像比物要暗，進而導致變小的錯覺，這些情況下靠目測的方式將得不出正確的推論。

基于以上緣由，筆者對該實驗進行了改進。

三、該項目改進的基本思路

希望該裝置可以動態(tài)的演示凸透鏡成像的規(guī)律，有效提升實驗的成功率，幫助學生理解實物和像之間是“上、下、左、右‘完全’顛倒”的實況。

四、該項目應用了什么科學方式、科學原理

科學方式：科學實驗法、組合創(chuàng)新法、觀察發(fā)覺法

科學原理：凸透鏡主要對光線起會聚作用，平行主光軸的光線凝聚在焦點，通過光心的光線方向不變。

五、該項目的創(chuàng)新點或改進點

1、光源的改進：改用手探照燈和刻有各類字母的白色彩紙做光源。該光源不會受風的影響而搖晃、改大小，因此避開了因為蠟燭燃燒變短、燭焰搖動等誘因給實驗帶來的不利影響，使光屏上所成的像愈發(fā)清晰、穩(wěn)定、減偏差。

2、刻度尺改進：把光具上的刻度尺改成零刻度在中央。這樣，只要把凸透鏡固定到零刻度，這么就可以直接讀出物距和像距。

3、成像單一改進：本裝置在手探照燈的前方做了一個正圓形中間開孔的卡槽，這樣就通過設計各類鏤空的字母或數(shù)字等，使成像愈發(fā)豐富多彩。

4、光屏的改進：在實驗中，筆者把光源所在光屏和承接像的光屏上都標明等寬度的刻度，便捷觀察、比較和記錄成像大小，確保實驗的確切性。

六、該項目的研究過程

（1）制做過程

1、光源的制做

筆者采用在鋁塑板卡片上刻有上字母，如“F”（50px×25px），裝入到卡槽中，再用自制的光源對著字母“F”照，這樣就組成了一個簡單的“F”型發(fā)光體。

2、刻度尺制做

直接用激光精雕一把0刻度在中央的有機玻璃尺子，往左依次降低到，向右依次降低到。

3、成像單一

本裝置在手探照燈的前方做了一個正圓形中間開孔的卡槽，這樣就通過設計各類鏤空的字母或數(shù)字等，使成像愈發(fā)豐富多彩。

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4、光屏的改進

筆者試著在發(fā)光體卡片和光屏上刻一些等寬度（5mm）的網(wǎng)格線，這樣就可以數(shù)發(fā)光體卡片上鏤空的“F”占據(jù)的格數(shù)和光屏上像所搶占的格數(shù)來比較物體和像的大小，這樣可以讓中學生在很短的時間內(nèi)找到等大的像。

（2）實驗過程：

1．將光源、凸透鏡和光屏按要求放置在光距座上，并進行調(diào)節(jié)，打算實驗。

2．將光源移至凸透鏡2倍焦距以外的某一位置，調(diào)節(jié)光屏的位置直至光屏上出現(xiàn)清晰的像，觀察并在表中記錄下像的情況。

3．將光源移至距凸透鏡2倍焦距處，調(diào)節(jié)光屏的位置直至里面出現(xiàn)清晰的像，觀察并在表中記錄下像的情況。

4．將蠟燭移至距凸透鏡1倍焦距和2倍焦距之間的某一位置，調(diào)節(jié)光屏的位置直至里面出現(xiàn)清晰的燭焰像，觀察并在表中記錄下像的情況。

5．將蠟燭移至距凸透鏡1倍焦距處，調(diào)節(jié)光屏的位置，觀察并在表中記錄下像的情況。

6．將蠟燭移至距凸透鏡焦距以內(nèi)的某一位置，觀察并在表中記錄下像的情況。

7．實驗完成后熄滅蠟燭并整理儀器。

實驗中所使用的凸透鏡的焦距是f=250px

實驗序號

物距

u/cm

像距

v/cm

物距與像距的關系

像的性質(zhì)

放大、縮小或等大

正立或倒立

虛像或?qū)嵪?span style="display:none">j0R物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

U>v

縮小

倒立

虛像

成像規(guī)律凸透鏡表格_凸透鏡成像原理實驗_凸透鏡成像原理實驗步驟視頻

16.8

U>v

縮小

倒立

虛像

U=v

等大

倒立

虛像

22.5

Uj0R物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

放大

倒立

虛像

Uj0R物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

放大

倒立

虛像

放大

正立

實像

放大

正立

實像

實驗推論：

當物距小于2倍焦距時，則像距在1倍焦距和2倍焦距之間，成倒立、縮小的虛像。此時像距大于物距，像比物小，物像異側。

當物距等于2倍焦距時，則像距也等于2倍焦距，成倒立、等大的虛像。此時像距等于物距，像與物等大，物像異側。

當物距在1倍焦距和2倍焦距之間時，則像距小于2倍焦距，成倒立、放大的虛像。此時像距小于物距，像比物大，物像異側。

當物距等于1倍焦距時，則不成像凸透鏡成像原理實驗，成平行光射出。

當物距大于1倍焦距時，則成正立、放大的實像。此時像距小于物距，像比物大，物像同側。

七、項目的使用情況和進一步建立的構想

該作品制做完成后，在班級上課使用后，療效特別好，光源十分穩(wěn)定，中學生可以直接讀出物距和像距，清楚觀察像與物體大小的關系。本人希望可以再制做的更精致化，并開發(fā)成產(chǎn)品。

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