凸透镜成像实验题的复习课设计

张晶 李岩 高葳

摘 要：凸透镜成像规律历来是中考的高频考点。近年来凸透镜成像实验题的考察越来越倾向于实验操作，实验现象分析及相关操作评估。针对此类问题本文给出讲解分析。

关键词：凸透镜成像实验；规律分析；题目设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）7-0046-4

凸透镜成像规律历来是中考复习中的重难点。近年来对于本实验的考察越来越倾向于实验操作，实验现象分析及相关操作评估。对于凸透镜实验过程中遇到的问题及现象，分析是难点。学生对于这样的问题设计往往无从下手，或是感到迷茫。本文力求通过环环相扣的习题设计帮助学生完整回顾并理解凸透镜成像的相关实验题及其解题思路。本文将凸透镜成像实验题涉及的问题划分为器材篇、组装调节篇、成像规律篇、分析数据篇4大板块进行讲解。

1 器材篇

实验器材的选择和调试是实验进行的前提，也是完成实验目的的保证。此类实验题考查学生对于实验设计之前的器材选择及选择的原因。

例题1 下列选项中，哪一项是凸透镜成像实验中的物（ ）

A.不含烛焰的蜡烛

B.蜡烛的烛焰

C.蜡烛和烛焰的整体

D.不点燃的蜡烛

答案：B。判断物是谁，应该从像入手，像是什么就决定了物是什么。像是烛焰，所以物也是烛焰。

设计意图：学生经历了平面镜成像，小孔成像以及凸透镜成像，对于像、物分别是谁容易混淆。本题从方法上讲明怎样区分像、物。

例题2 如果选用发光二极管组成字母作为光源，下列哪个字母作为物体更合适？

A.O B.W C.F D.A

答案：C。为了判断像、物的上下、左右颠倒情况，应避免选择对称字母。

设计意图：关于物的选择，突出对像倒立的理解。

2 组装调节篇

实验器材的组装和调节是实验猜想和实验设计的具体化和程序化。对于本类型的实验题，学生应该了解怎样调节；为什么这样调节；能够分析调节过程中遇到的问题、现象及其原因。对于学生而言，最重要的就是找到清晰的像。

例题3 将蜡烛、凸透镜和光屏放在光具座上，使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在_____，并使光屏与透镜所在的平面________，透镜和光屏与光具座导轨_______。

答案：同一高度上；平行；猜测：垂直。（结合实验器材课堂实验验证）

设计意图：器材的组装、调试是实验成功的关键。应该让学生知道实验开始时的调节要求（静态位置调节）；还要让他们知道为什么这样调节（见下题）。

拓展 使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度的目的？

答案：使像始终成在光屏中央（强调始终）。

例题4 烛焰降低时，光屏上的像向______移动。 要使像重新成在光屏的中心，如果只调光屏，光屏将向______移动；如果只调凸透镜，应将凸透镜向_______调。调好后，烛焰中心在凸透镜_________（选填“主光轴的上方”“主光轴的下方”）。

答案：上；上；下；主光轴的下方（结合实验器材课堂实验验证或画光路图）。

设计意图：对于烛焰的动态变化过程，像的位置会随之变化。本题引导学生认识到三者中心成像光路的变化情况。

例题5 在主光轴上移动光屏找像的位置。请具体说明怎样操作才能把光屏调到准确位置？

答案：将光屏调到某一位置，像清晰；再缓慢向左、向右移动光屏，屏上的烛焰都比原来模糊，此位置即为像的位置。

设计意图：学生对于怎样确定像的位置有时不太清楚，在操作时常常将物和光屏一块移动，这样并不正确。本题既让学生了解怎样操作，又锻炼了学生的表达能力。

例题6 将蜡烛放在一倍焦距以内，移动光屏找像时，看到光屏上出现一个大致是环状的暗区，如图1所示。这个暗区是怎样产生的？（注：该实验所用的凸透镜没有边框）

答案：射向凸透镜以外的光线，使屏上形成亮区。射向凸透镜的光线经过凸透镜会聚后，在光屏中心区域形成较亮的光斑。在亮区和较亮光斑之间因为没有光线射到光屏，所以产生暗区。

设计意图：类似现象学生在实验中见到过，但对于成因并不了解。本题通过画图和文字叙述的方法解答了学生心中的疑惑。

拓展：将一近视眼镜放置在阳光下，看到眼镜下方出现一个“亮圈”，这个“亮圈”是怎样产生的？

设计意图：通过作图的方式充分理解凸透镜和凹透镜对光线的作用。

3 成像规律篇

此类问题主要考察学生对凸透镜成像规律的应用。涉及静态规律和动态规律两方面。

例题7 将器材调整好后，把蜡烛放在大于二倍焦距的某位置，移动光屏，找到了像。则光屏上的像是______、_______的实像。将烛焰缓慢靠近透镜，光屏上还会出现_______、_______的实像和_______、_______的实像。

答案：倒立，缩小；倒立，等大；倒立，放大。

设计意图：动态地考察了变动物距范围凸透镜成像规律的记忆。

拓展1 例题7过程中所成的像_____。（至少有一个选项正确，将正确选项的字母填在横线上）

A.先是缩小的后是放大的

B.始终是缩小的

C.逐渐变大

D.先逐渐变小后逐渐变大

答案：AC。

设计意图：本题难度较大，利用凸透镜成实像时物近像远像变大的规律，选C。而物在靠近凸透镜的变化过程中到达二倍焦距处之前成的像虽然是在变大（与初次成像相比），但仍然是缩小的像（与物“烛焰”相比），所以选A。

拓展2 例题7过程中，光屏应向_____（选填“远离凸透镜”或“靠近凸透镜”）的方向移动。在蜡烛移动的过程中，物与像之间的距离______。

答案：远离凸透镜，先减小再变大。

设计意图：本题意在考察像距的变化情况，以及像距加物距之和的变化情况。

拓展3 实验结束后，获得了凸透镜成像规律。接着又做了一个“探究凸透镜焦距”的实验。把凸透镜放在50 cm刻线处，当蜡烛在0刻线到30 cm刻线之间移动时，屏上的像是倒立、缩小的；当蜡烛在30 cm刻线到40 cm刻线之间移动时，屏上的像是倒立、放大的。则所用凸透镜的焦距是 _____ cm。

答案： 10 cm。

设计意图：考察学生在实际操作过程中收集数据和对数据初步分析的能力。

拓展4 将蜡烛放在一倍焦距以内的某点，所成的像是正立、_____的虚像。如果将蜡烛从该点向凸透镜移动，在这个移动过程中，所成的像_____。

（选填“逐渐变大”“逐渐变小”或“大小不变”）

答案：放大；逐渐变小。（回想用放大镜看报纸。）

设计意图：考查了成虚像时，物近像近像变小的动态变化情况。

例题8 在凸透镜成像实验中：

（1）该实验中若凸透镜成实像，那么凸透镜成实像的条件是：物距_________焦距。

（2）调整好器材后，无论怎样移动光屏都不能在光屏上得到像，可能的原因是：_________。

（3）将蜡烛放在一倍焦距和二倍焦距之间的某点，在凸透镜的另一侧无论怎样移动光屏，都找不到像，说明像距太大了，导致像距太大的原因是______。

答案：（1）大于；（2）物距小于焦距，成虚像； （3）烛焰离一倍焦距处太近。

设计意图：考查学生在实际操作实验过程中遇到的问题，并对其进行分析。

例题9 小明探究完凸透镜成像规律后，接着又做了一个观察实验。他把光屏取下来，把发光物体放在凸透镜左侧，从凸透镜右侧沿主光轴向凸透镜方向观察，如图2所示。当眼睛离凸透镜较远时看到了发光物体的倒立的像，离凸透镜较近时就看不到这个像了，请分析并说明其原因。

答案：因为看到的像是倒立的，所以是实像，成像点在凸透镜的右侧。发光物体发出的光线经凸透镜折射后是会聚的，经过成像点后是发散的。所以，眼睛必须在成像点以外的光线发散区域才能看到这个像。（结合画图方式解题更易理解）

设计意图：考查了学生对于人眼看到像的成因和光路传播过程的分析，以及画图能力。

4 分析数据

实验数据并不等于实验结论，实验数据是客观事实的反应；实验结论是在数据基础上进行科学分析的结果。分析论证首先是对实验数据的描述，然后才是对数据的分析比较。此类实验题一般先给出实验数据，让学生在实验处理数据的基础上，分析得出实验的结论。

例题10 在探究“凸透镜成实像时像距与物距的关系”的实验中，所用的实验器材有：光具座、凸透镜、光屏和蜡烛等。

记录的实验数据如表1所示。请在方格纸上画出像距与物距的关系图像（如图3）。

把蜡烛放在光具座上的0刻线处，凸透镜放在15 cm刻线处，如图4所示。移动光屏在a位置找到像；蜡烛和光屏不动，只移动凸透镜，当凸透镜向某一方向移动到b位置时，在光屏上又看到像。结合所画图像，判断下列说法正确的是_____________。

凸透镜成像规律实验考查侧重于设计实验能力、分析论证能力和评估能力。探究中让学生明白实验研究什么和怎样研究，实验时应该观察什么，测量什么，记录什么。在此基础上重点考查学生对实验数据的分析和论证能力。学生分析表格数据，进行简单比较，分析它们的相同点和不同点后得到凸透镜成像的规律。其他相关题目考查学生通过分析一些常见光学仪器的成像过程，尝试用已有的科学规律解释具体的实际问题，获得初步的分析概括能力，培养学生独立研究实验过程中的物理学原理的意识与能力，以使学生在实验中乐于观察、勤于思考。

这样的实验题让学生经历从物理现象和实验归纳科学规律的过程，全面考查了学生处理信息的能力、分析概括的能力，从而真实考查并提升了学生的科学素养。

参考文献：

[1]教育部.新课程标准[S].北京：人民教育出版社，2011.

[2]义务教育教科书八年级 上册[M].北京：人民教育出版社.

[3]义务教育教科书 教师教学用书八年级 上册[M].北京：人民教育出版社.

[4]大连市五年中考一年模拟 物理[G].南京：南京大学出版社.

（栏目编辑 陈 洁）