譚穎+陳達(dá)成+潘明

相信很多教師在八年級(jí)物理探究凸透鏡成像的規(guī)律實(shí)驗(yàn)中都會(huì)遇到相同的問題：一是在實(shí)驗(yàn)中物距相等時(shí)，不同組的同學(xué)測出的像距不相同，有的相差甚遠(yuǎn)；二是像與原物的大小怎樣確定，像比原物大還是小的問題，這個(gè)主要體現(xiàn)在物距等于2倍焦距時(shí)，一部分同學(xué)得出的是倒立放大實(shí)像，一部分同學(xué)得出的是倒立縮小的實(shí)像，真正得到倒立等大的實(shí)像的同學(xué)為數(shù)不多。其實(shí)問題的原因在于光屏上所成的像是搖晃的燭焰形成的，燭焰搖晃難以判斷當(dāng)時(shí)的像是否是最清晰；其次是像的大小與物體本身的大小想必是由人的主觀意識(shí)來比較完成的，這樣只能說是判斷而不是測量比較，不能定量以進(jìn)行對(duì)比，不能夠有力地說明像的大小這一性質(zhì)。

如何更準(zhǔn)確地判斷成像是否清晰；如何測量判斷像是放大還是縮小，用什么方法進(jìn)得定量的測量；如何確定物距像距。針對(duì)這問題，筆者認(rèn)為對(duì)探究的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材及準(zhǔn)確程度要求更高。

一、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置

1.改換成像物體

原來光具座利用蠟燭作為凸透鏡成像的物體，在實(shí)驗(yàn)中點(diǎn)燃的蠟燭火焰總是會(huì)左右搖晃或時(shí)高時(shí)低，也就是說火焰總是處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，這樣不利于觀察火焰經(jīng)過凸透鏡所成的像是否處于最清晰的狀態(tài)，從而會(huì)影響到像大小的判斷和像距的測量。為此，筆者認(rèn)為成像物體由蠟燭更換為長寬約為4×3cm2數(shù)碼顯示管即可。讓數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字“7”，實(shí)驗(yàn)之前可以先測量好“7”的橫段和豎段的長度，在實(shí)驗(yàn)過程中告知學(xué)生物體“7”的大小，以便學(xué)生更容易對(duì)比物像的大小，使得實(shí)驗(yàn)更快更順利進(jìn)行。

2.改進(jìn)光屏

一般來說光屏只是一面白屏，上面沒有任何起到標(biāo)記作用的測量刻度。筆者認(rèn)為把光屏標(biāo)上刻度，以光屏的中心為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，以0.05cm為單位標(biāo)上刻度，橫坐標(biāo)測量像的寬度，縱坐標(biāo)測量的高度。這樣像的大小就可以準(zhǔn)確的測量出來了。

3.增加刻度尺

光具座上的滑塊與滑動(dòng)橫桿之間存在一定的間隙，并且會(huì)隨使用時(shí)間、次數(shù)的增加而增大，致使安置在滑塊上的成像物體（數(shù)碼顯示管）、凸透鏡、光屏并沒有垂直于滑動(dòng)橫桿，它們之間的實(shí)際距離并不是滑塊指示的距離。由于數(shù)碼顯示管、凸透鏡、光屏向左或向右偏側(cè)，很多偏離的幅度都在0.5cm左右，甚至更大，這樣實(shí)驗(yàn)測出的數(shù)據(jù)與真實(shí)的數(shù)據(jù)相差之距可想而知。

假如A、B兩組的光具座成像物體（數(shù)碼顯示管）與凸透鏡都垂直于滑動(dòng)橫桿，使兩個(gè)物體物距相同，而A、B兩組光具座光屏的傾斜情況不一樣，A往左傾0.3cm，B往右傾0.4cm，那么A、B兩組得到的像距相差了0.7cm。

由此可見，刻度的準(zhǔn)確性非常重要，它關(guān)鍵到成像的性質(zhì)，所以在原來光具座的上方增加一支與下方對(duì)應(yīng)的刻度尺極其重要。上下各一支刻度尺便可準(zhǔn)確地測量和放置好數(shù)碼顯示管、凸透鏡、光屏，不至于它們實(shí)際距離和滑塊指示的距離不一致了。

實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)后，在實(shí)驗(yàn)中調(diào)整好數(shù)碼顯示管、凸透鏡、光屏，使它們在同一直線，同一高度上。確定物距，使數(shù)碼顯示管顯示“7”字，光線經(jīng)凸透鏡在光屏中間形成倒“7”字，很容易確定所得到的像是否是最清晰。

經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)和學(xué)生得到的數(shù)據(jù)總結(jié)，像大小這一性質(zhì)，特別是在臨界狀態(tài)（2倍焦距處），像大小便可測量比較出來。在每次實(shí)驗(yàn)中像距相差一般都在0.1cm左右。這樣的結(jié)果比改進(jìn)前明顯好多了，所以對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)是非常必要的。

二、改進(jìn)探究方法

在探究的過程中，我們教師都會(huì)告訴學(xué)生：先把蠟燭放在離凸透鏡盡量遠(yuǎn)的地方，使物距大于2倍焦距，調(diào)整光屏與凸透鏡的距離，使?fàn)T焰在光屏上成一清晰的像，觀察像的大小、正倒，測量出物體和像到凸透鏡的距離；再把蠟燭向凸透鏡靠近，使物距在1倍到2倍焦距之間，重復(fù)剛才的操作。當(dāng)把蠟燭移到透鏡的焦點(diǎn)時(shí)，看看在光屏上能否形成像；把蠟燭再次向凸透鏡靠近，使物中小于1倍焦距時(shí)，光屏上能否看到像，這時(shí)怎樣才能看到像。

這樣的探究方法，先給學(xué)生灌輸了一個(gè)固定的探究思維模式，即在某個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行探究，雖然能讓學(xué)生在探究的過程中得出我們想得到的結(jié)果，但是對(duì)于一個(gè)對(duì)凸透鏡成像規(guī)律一點(diǎn)也不了解的學(xué)生來說為什么要規(guī)定在這個(gè)范圍內(nèi)，學(xué)生一點(diǎn)也不清楚。學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)探究的全過程和方法到哪里去了？為什么要在1倍到2倍焦距之間呢？對(duì)于這些問題，也不知怎么回答他們最為恰當(dāng)。因?yàn)槲覀儎澐謪^(qū)域是在已經(jīng)探究得出結(jié)論后劃分的，對(duì)于不懂得成像規(guī)律的學(xué)生沒有必要給他們劃分，應(yīng)讓他們在各個(gè)位置進(jìn)行探究測量，然后根據(jù)成像的性質(zhì)規(guī)律，歸納總結(jié)得出在某個(gè)區(qū)域內(nèi)成某種性質(zhì)的像。

以焦距為10cm的凸透鏡為例，設(shè)計(jì)的表格

讓學(xué)生從遠(yuǎn)到近，相隔幾厘米測量一次。如物距在40cm、35cm、30cm、25cm等處時(shí)，學(xué)生得到的都是倒立縮小的實(shí)像，而這些距離40cm、35cm、30cm、25cm都是大于2倍焦距20cm，即u>2f，那么學(xué)生歸納總結(jié)：當(dāng)物距u大于2倍焦距時(shí)，物體經(jīng)凸透鏡所成的像是倒立縮小的實(shí)像。同樣，物距在17cm、15cm、12cm等處都大于1倍焦距小于2倍焦距，即2f>u>f，可以得到：當(dāng)物距u大于1倍焦距小于2倍焦距時(shí)，物體經(jīng)凸透鏡所成的像是倒立放大的實(shí)像。

當(dāng)物體再向凸透鏡靠近時(shí)，學(xué)生在物體的另一側(cè)經(jīng)凸透鏡觀察，看到的是正立放大的虛像，而8cm、6cm、4cm都比1倍焦距（10cm）小，即u

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的其他好處

1 .安全

使用數(shù)碼顯示管代替蠟燭非常安全，如果實(shí)驗(yàn)使用蠟燭，經(jīng)常會(huì)有一些調(diào)皮的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中點(diǎn)燃紙張，這樣全班學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室的安全受到威脅；另外，在空間很有限的教室里，同時(shí)點(diǎn)燃幾十根蠟燭，放出大量的二氧化碳和一些其他有害氣體排放，影響到師生的身心健康；第三，一般地板上都會(huì)有很蠟滴，學(xué)生不小心踩到容易發(fā)生滑倒等嚴(yán)重情況，使用數(shù)碼顯示管則可避免這些問題。

2.方便簡潔

很多老師在做完這個(gè)都會(huì)感到后期的工作量是多么的大，光具座、課桌和地板上到處都是蠟滴，難以清理，并可能發(fā)生學(xué)生滑倒等更嚴(yán)重等情況，使用數(shù)碼顯示管則可避免這些問題。

3.低碳、低能耗、環(huán)保

現(xiàn)在整個(gè)社會(huì)提倡低碳、低能耗、環(huán)保，我們的實(shí)驗(yàn)室利用數(shù)碼顯示管代替蠟燭，沒有二氧化碳和一些其他有害氣體排放，真正做好節(jié)能環(huán)保。

綜上所述，探究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)是非常有必要的。只有不斷的改進(jìn)創(chuàng)新，我們的教學(xué)才會(huì)不斷的向前發(fā)展，邁上新的臺(tái)階。

（作者單位：廣西桂林市第十三中學(xué)）