王連
摘要:《初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》有這樣一段話:"可以用盛水的玻璃杯和球形燒瓶代替凸透鏡來研究成像規(guī)律"。結(jié)合這一要求,各版本教材在編寫本部分內(nèi)容時均設(shè)計了觀察體驗(yàn)活動。日常生活中接觸到的體溫表中的水銀柱變粗,圓柱形魚缸中的金魚變大,均與此有相似之處。
關(guān)鍵詞:觀察;體驗(yàn);柱形;凸透鏡;成像;教學(xué);魅力
中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1672-1578(2017)05-0167-01
體驗(yàn)教學(xué)是指在教學(xué)過程中要從學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)和體驗(yàn)出發(fā),密切聯(lián)系知識與生活實(shí)際,引導(dǎo)學(xué)生不斷深入地觀察和體驗(yàn)身邊的物理現(xiàn)象,并最終用所學(xué)知識解釋物理現(xiàn)象,或從現(xiàn)象中總結(jié)出物理規(guī)律。在凸透鏡成像規(guī)律教學(xué)過程中,我們可以要求學(xué)生:用盛水的玻璃杯和球形燒瓶代替凸透鏡來研究成像規(guī)律。學(xué)生課下做完這個實(shí)驗(yàn)后,直奔我的辦公室,滿臉不解地向我求助:將一節(jié)干電池,分別橫放、豎放在盛滿水的柱形玻璃杯前,為什么放在玻璃杯后的干電池左右放大,上下不放大呢?
盛水的玻璃杯相當(dāng)于凸透鏡,而凸透鏡成像分為兩大類:正立放大的虛像或倒立的實(shí)像。對以上現(xiàn)象應(yīng)怎樣解釋?我與教研組的幾位物理老師討論交流,能說出子丑寅卯的很少。很顯然,教材明確提出的活動,老師們竟然沒有仔細(xì)研究過。看來,這是一個值得關(guān)注與深入研究的問題:盛滿水的圓柱形透明玻璃杯不能簡單地看作凸透鏡!
從外形看凸透鏡的中央厚四周薄,由于光的折射,凸透鏡對光線有會聚作用,故又稱會聚透鏡。將平行光線(如陽光)平行于透鏡的主光軸射入凸透鏡,光在透鏡的兩面經(jīng)過兩次折射后,集中會聚在主光軸上的一點(diǎn),此點(diǎn)叫做凸透鏡的焦點(diǎn)F,焦點(diǎn)到透鏡中心(光心O)的距離叫凸透鏡的焦距,通常以字母f表示。當(dāng)物體與凸透鏡的距離小于一倍焦距時,成正立放大的虛像,所以凸透鏡可作為放大鏡使用。
而盛滿水的圓柱形透明玻璃杯是一種圓柱體透鏡,當(dāng)它豎直放置時,它的水平橫截面為一個圓。因?yàn)閳A具有中間厚,兩邊薄的特點(diǎn),因此對平行光線有會聚作用,但與薄凸透鏡不同的是,兩側(cè)的平行光線經(jīng)圓透鏡折射后的會聚點(diǎn)更靠近圓透鏡。因此它不能將平行光線會聚為一點(diǎn),而是會聚在一條線段上,圓柱體透鏡的豎直截面為一個矩形,中間與上下的厚度相同,所以在豎直方向上,它對平行光線沒有會聚作用,如右圖所示。因此,當(dāng)用平行光線照射豎直放置的圓柱體透鏡時,光線將被會聚到一個豎直方向的矩形里。由此可見,豎直放置的圓柱體透鏡在水平方向上對光線的作用與凸透鏡相似,而在豎直方向上對光線的作用與平行玻璃磚相似,因此當(dāng)物體靠近圓柱體透鏡時,只有在水平方向上有放大作用,而在豎直方向上沒有放大作用。
我們還可以用一個簡單而又明顯的實(shí)驗(yàn)來說明這問題,取兩支筆,一支水平放置,一支豎直放置,呈一個倒T字形,再將盛滿水的圓柱形透明玻璃杯緊放在筆前??梢钥吹剿椒胖玫你U筆經(jīng)水杯折射后并沒有放大,而豎直放置的鉛筆經(jīng)水杯折射后明顯放大。
2012年人教版物理教材"第五章 透鏡及其應(yīng)用"中的"第三節(jié)凸透鏡成像的規(guī)律"中的課后練習(xí)第2題:"找一個圓柱形的玻璃瓶,里面裝滿水,把一支鉛筆放在玻璃瓶的一側(cè),透過玻璃瓶,可以看到那支筆。如果把筆由靠近玻璃瓶的位置向遠(yuǎn)處慢慢地移動,你會看到什么現(xiàn)象?實(shí)際做一做,驗(yàn)證你的猜想。與前面用凸透鏡所做的實(shí)驗(yàn)相比,這兩個實(shí)驗(yàn)有什么共同之處?有什么不同?"配套的教師教學(xué)用書所提供的答案為:玻璃瓶相當(dāng)于一個柱面透鏡。當(dāng)鉛筆由靠近水瓶的位置向遠(yuǎn)處慢慢移動時,透過水瓶會看到鉛筆尖逐漸變長,到某一位置時,鉛筆尖突然改變方向。用凸透鏡做實(shí)驗(yàn),當(dāng)鉛筆由靠近凸透鏡的位置向遠(yuǎn)處慢慢移動時,透過凸透鏡會看到鉛筆逐漸變大,而形狀保持不變,到某一位置時,鉛筆尖也會突然改變方向(所用的凸透鏡焦距要比較短)。
在學(xué)習(xí)了凸透鏡的成像規(guī)律后,可以讓學(xué)生探究以下三個問題,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望:
(1)豎直放置的圓柱體透鏡在做放大鏡使用時,是不是在各個方向都有放大作用?
(2)如何證明豎直放置的圓柱體透鏡在豎直方向上沒有放大作用?
(3)當(dāng)物體遠(yuǎn)離豎直放置的圓柱體透鏡時能觀察到倒立的像嗎?
在讓學(xué)生通過親身體驗(yàn)和獨(dú)立思考的過程中發(fā)現(xiàn)柱形凸透鏡的成像規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力、觀察能力及設(shè)計能力,養(yǎng)成反思的習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,感受發(fā)現(xiàn)知識的樂趣和物理學(xué)的美。我們也能在不斷挖掘教材內(nèi)涵的過程中,發(fā)揮出教材潛能,閃現(xiàn)出教學(xué)亮點(diǎn),彰顯出教學(xué)魅力。
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