凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

楊君太

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672 -1578（2018）02 -0137 -01

研究凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)是初中學(xué)生必做的分組實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生后續(xù)進(jìn)一步學(xué)習(xí)光學(xué)及凸透鏡應(yīng)用的基礎(chǔ)，是期末、中考的必考點(diǎn)之一。通過(guò)這個(gè)試驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的觀察、思考、比較歸類、概括總結(jié)的能力，是教學(xué)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

1.現(xiàn)在教材中實(shí)驗(yàn)器材的缺點(diǎn)

現(xiàn)行教材中凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)以蠟燭火焰為光源。蠟燭的火焰有不穩(wěn)定、流出燭淚、燈芯過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了很多不便。且只能看出像的正倒，不能看出像的左右與物體相反。光屏?xí)r半透明的，導(dǎo)致像不清晰?，F(xiàn)在有用“F”型光源來(lái)代替蠟燭，雖然避免了蠟燭火焰不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，但仍然不是點(diǎn)光源，難以做出當(dāng)u=f時(shí)得到一束平行光的實(shí)驗(yàn)；也不能精確比較像與物體的大小。所以很多教師在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)都只做u>2f、2f>u>f、u

2.對(duì)凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

2.1 器材的改進(jìn)

（1）在豎直的“F”型（有些“F”光源是傾斜的）光源的上增加一個(gè)LED點(diǎn)光源。

（2）在光屏上的適當(dāng)位置畫出與“F”等大的、倒立的、左右相反的圖案（在做u=2f實(shí)驗(yàn)時(shí)像與圖案完全重合），并為光屏做一個(gè)遮光罩或?qū)⒐馄恋囊幻孀霾煌腹馓幚怼?/p>

（3）在光源過(guò)點(diǎn)光源和“F”的幾何中心、凸透鏡的光心、光屏的中心分別作一條水平線，延長(zhǎng)到三者的側(cè)面，在側(cè)面作出標(biāo)記，利于將三者調(diào)整在同一水平線上。

（4）將刻度尺40cm處改為O起點(diǎn)，往兩邊增大讀數(shù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)操作的改進(jìn)

（1）由于凸透鏡的焦距在制造過(guò)程存在誤差，每一個(gè)凸透鏡的實(shí)際焦距都不可能百分之百的等于標(biāo)稱焦距，一般都有3mm誤差，這就要求在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意誤差范圍。

（2）對(duì)u=2f和u=f的成像實(shí)驗(yàn)操作的改進(jìn)。

①把凸透鏡放在“O”厘米處。

②把遮光罩套在光屏上，把畫有“F”的一面朝向凸透鏡。

③u= 2f的實(shí)驗(yàn)操作（以，=10 +0. 3cm）為例進(jìn)行說(shuō)明：

2f= 20 +0. 6cm，即是u的取值范圍在19. 4cm和20. 6cm之間，考慮到實(shí)際誤差可能會(huì)更大，所以取更大的范圍（如18 cm-22cm）。

把“F”光源、光屏都放在18（或更?。├迕滋?，點(diǎn)亮“F”光源，慢慢把光源和光屏往22厘米處移動(dòng)，直到u=v、像與光屏上的圖案重合，像最清晰最明亮。此時(shí)的u或v就是較精確的2f。（也可反向做）

這個(gè)實(shí)驗(yàn)既得出u=2f時(shí)，成倒立的等大的實(shí)像的結(jié)論，也找到了比較精確的2f。

④u=f的實(shí)驗(yàn)操作：

根據(jù)前面實(shí)驗(yàn)得出的焦距值，把光源放在焦點(diǎn)處（適當(dāng)左右小范圍移動(dòng)），只打開(kāi)點(diǎn)光源。左右移動(dòng)光屏，觀察到光屏上的圓形光斑大小幾乎不變，從而得出結(jié)論：u=f時(shí)，不成像，得到一束平行光。

3.改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)解決了原器材不能做“=2f和u=f這兩個(gè)點(diǎn)上的實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，更使實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單方便，節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，也有利于對(duì)凸透鏡成像性質(zhì)的歸納總結(jié)。

4.用點(diǎn)光源做u=f的實(shí)驗(yàn)原理

（1）蠟燭火焰和“F”光源在焦點(diǎn)處的光路圖，隨著光屏的遠(yuǎn)離，圓形光斑會(huì)逐漸變成跟物體的形狀很相似，得不到“平行光”的結(jié)論。

（2）點(diǎn)光源在焦點(diǎn)處的光路圖，光屏在近在遠(yuǎn)都得到大小基本相等的光斑，說(shuō)明從焦點(diǎn)上發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡折射后變成平行光。