透鏡對光線作用實驗演示器在初中物理教學中的應(yīng)用 論文

透鏡對光線作用實驗演示器在初中物理教學中的應(yīng)用【摘要】針對傳統(tǒng)的透鏡對光線的作用首先要把“點光束”（打在光屏上是一個點）用一個玻璃圓柱體擴束為“線光束”（打在光屏上是一條線），學生不容易理解的問題，研制出新型透鏡對光線作用實驗演示器。該實驗演示器不對點光束進行擴束，通過在液體中直觀立體的顯示光路，演示透鏡對光線的作用?！娟P(guān)鍵詞】透鏡實驗創(chuàng)新光學一、研究背景和意義透鏡對光線的作用是初中物理中的一個重要實驗，它上承光的折射規(guī)律，下關(guān)系到透鏡焦點、焦距概念的建立和凸透鏡成像規(guī)律的學習。教學驗和現(xiàn)有實驗器材是把首先把“點光束”，用圓柱體擴展為“線光束”，然后在光屏上呈現(xiàn)出光的傳播路徑，透鏡也只是取了透鏡的一個橫截面，如圖1（a）、（b）所示。雖然能夠顯示光的傳播路徑，但是學生不理解激光筆出來的光束為什么要擴束成一個“一”型光束？在光屏上顯示的是一條線？透鏡對光線的否只能發(fā)生在一個平面內(nèi)？演示用的凸透鏡為什么和生活中使用的凸透鏡為什么不一樣？在此學生會留下疑問和困惑。在演示眼睛如何看清遠近不同的物體時，已經(jīng)有人做出水凸透鏡來演示眼睛的調(diào)節(jié)作用。利用水凸透鏡可以演示當物體靠近或遠離人眼時，通過向水水或抽水改變水凸透鏡的厚度來改變水凸透鏡的焦距，從而在當物距改變時，不改變像距的情況下始終在光屏（相當于視網(wǎng)膜）上成清晰的像。但是厚和凸透鏡焦距的關(guān)系不能直觀動態(tài)的由實驗演示出來，需要老師的講解。老師通過畫圖或用厚度不同的截面透鏡來說明凸透鏡越厚，折光能力越強焦距就越??；凸透鏡越薄，折光能力越弱，其焦距就越大。二、研究設(shè)想和過程能否不擴束，在一個立體的空間里直觀的顯示光路，通過光路的變化顯示凸透鏡對光線的會聚作用和凹透鏡對光線的發(fā)散作用；能否直觀的顯示凸透鏡后光路變化引起凸透鏡的焦距變化，使學生獲得一個動態(tài)直觀的認識。上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，魯佩用在《凸透鏡對光線會聚作用的實驗設(shè)計》一文中介紹了幾種顯示透鏡對光線作用的方法；李光新設(shè)計》利用截面透鏡顯示透鏡對光線的作用；吳學濤在《初中物理光學實驗創(chuàng)新設(shè)計與應(yīng)用思考》一文中利用水霧和截面透鏡顯示透鏡對光線的作用?；谇叭藢ν哥R對光線作用的研究，本人得出了該項目的研究，旨在借鑒前人研制項目的優(yōu)點，制作出一套能全方位立體直觀演示透鏡對光線作學生自主探究光的實驗裝置。該教具應(yīng)具備以下特點：1、適合學生的認知特點，原理清晰、現(xiàn)象生動；2、便于學生直觀、全面的觀察實驗現(xiàn)象；3、操作簡便、快捷、綠色環(huán)保，適于學生自主探究實驗或基于師生對話式課堂教學；本項目主要圍繞三個問題展開研究：（1）如何直觀地顯示光路？（2）如何全方位立體地改變光路，而不僅僅只局限于某一方向，某一平面？（3）如何使整套實驗操作簡捷，觀察到的現(xiàn)象能有效引發(fā)學生思考？利于培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。三、研究成果.實驗裝置結(jié)構(gòu)實驗器材主要結(jié)構(gòu)組成：第一部分是光路顯示裝置，由一個封閉的圓柱形容器組成，內(nèi)裝有滴有少量牛奶的水。底部有透明支架，可以使圓柱體桌面上。在支架的兩旁，固定有兩個和圓柱體平行的刻度尺，配合一個半圓形裝置，可以大致測出凸透鏡的焦距。第二部分是平行光產(chǎn)生裝置：為了能夠獲得平行光，將三個強激光發(fā)生器捆綁在一起，調(diào)整他們的相對位置，使三個激光筆發(fā)出的。第三部分是自制的一個水凸透鏡，通過注射器向水凸透鏡中注水和抽水來改變水凸透鏡的薄厚程度，改變水凸透鏡的折光能力。2.實驗教具使用說明圖解（1）演示凸透鏡對光線的會聚作用，如圖5所示。測量凸透鏡的焦距，將平行光束正對凸透鏡，將半圓形裝置的狹縫對準焦點并使狹縫在兩邊的刻度相同，讀出凸透鏡到狹縫的距離，即為凸透鏡焦距。（2）演示凹透鏡對光線的發(fā)散作用。(3)演示水凸透鏡對光線的作用。平行光束通過水凸透鏡后會會聚于一點，此點即為水凸透鏡的焦點如圖8所示；當向水凸透鏡中注水時，水凸透鏡變厚，折光能力增強焦距變小如圖9所示。從而可以說明晶狀體的距大小之間的關(guān)系。1實驗裝置改進的意2.實驗現(xiàn)象直觀、立體，便于學生觀察；.真實的呈現(xiàn)了平行光束通過透鏡以后在三維立體的空間里的會聚、發(fā)散以及動態(tài)變化過程，適于學生的認知。3.實驗器材分散組裝，便于開展探究式教學或基于師生對話式實驗過程也是對實驗器材一步步組裝的過程，組裝過程中的每一步都設(shè)置相應(yīng)的問題，啟發(fā)學生思考，體現(xiàn)注重課堂教學過程，培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的育理念。項目完善設(shè)想經(jīng)過將近半年的研究及反復(fù)實踐證明，圍繞這一項目的研究方向是正確的。也取得了良好的研究成果和教學應(yīng)用效果。現(xiàn)準備以論文的形式投稿發(fā)表，以期]能取得更廣泛的課堂教學應(yīng)用。當然，受客觀條件和個人能力的限制，本項目還存在一些不足，有待于以后的改進和完善。例如（1）由于水凸透鏡中的水會受重力作用，當在水凸透鏡中注滿水后，水凸透下半部分的彎曲度比上半部分會更大，折光能力會更強，因此這時如果用三束平行光照射水凸透鏡，三束光線不能交于一點。在演示水凸透鏡對平行光化過程時只能用兩束光線演示。（2）將三個激光筆捆綁在一起可以產(chǎn)生平行光束，但是三個激光筆在一塊固定后不能隨意改變每一束激光束的方向，不能演示凸透鏡對會聚和發(fā)散會聚作用；不能演示凹透鏡對會聚和發(fā)散的光束也有會聚作用。參考文獻：[1]初中物理：北京師范大學出版社八年級（下）3[M].2]魯佩用.凸透鏡對光線會聚作用的實驗設(shè)計[J].物理教學，2016：79-80.3]李光彪.《光學實驗器材的改進與創(chuàng)[J].實驗教學與儀2008：43-4]吳