由一道习题引发的实验探究与思考

王 路

(泰州市姜堰区实验初级中学 江苏 泰州 225500)

由一道习题引发的实验探究与思考

王 路

(泰州市姜堰区实验初级中学 江苏 泰州 225500)

一道经典习题，因对平行于透镜主轴的光线经透镜折射后形成亮斑的差异认识不足，被误讲多年.本文以实验为依据，对其中的问题精准剖析.

习题 凸透镜 凹透镜 亮斑 光斑

在一次平时作业中，出现了这样一道习题：

如图1所示，N是一个水平放置的长方形暗盒，盒内有水平向右的平行光，P为暗盒右侧平面上的一个圆孔，M是一个与暗盒右侧平面平行的、相间一定距离的光屏，若用一个外径与圆孔P相同的光学器件嵌入其中，发现在光屏M上呈现出一个比圆孔P大的圆形光斑，则嵌入圆孔P的光学器件是( )

A．一定是凹透镜

B．一定是凸透镜

C．可能是凸透镜或凹透镜

D．可能是厚平板玻璃

图1 一道习题的题图

这道题是1998年江苏省苏州市的一道中考题，后来一直被不少教师选用作习题，所提供的参考答案就是C，也从未有人对本题的题设和答案提出过质疑．

显然，本题答案选C的理由是：

(1)当圆孔内嵌入凸透镜且PM之间的距离大于凸透镜的两倍焦距时，光斑会大于圆孔[图2(a)]；

(2)“平行于凹透镜主光轴的光线经透镜后折射光线的反向延长线经过入射光一侧的焦点”，所以在另一侧的光屏上从主轴到四周的光可以均匀分布成一光斑，由于凹透镜的发散作用，光斑会大于暗盒上的圆孔[图2(b)]．

图2 想象中的凸凹透镜的光斑

一直以来，很多教师都是这么讲解的，笔者以前也都这么认为．

有一个实验事实引起了笔者对本题的质疑——这就是基于如图3所示的实验结果！

图3 近视镜对直射阳光形成四周有光圈的阴影

将近视眼镜正对着太阳，在地面附近的上方上下移动眼镜，会在地面看到一个“奇特”的效果——镜片的中间部分在地面上留下的根本不是想像中的“变大了的光斑”，而是一个四周有光圈的阴影！把照片拿给学生一看，学生会立即明白过来——凹透镜对平行于其主轴的光线发散的效果是：折射光线被发散到四周而形成亮斑、中间几乎没有折射光线的暗斑！

尽管有这个亲自实验的结果为依据，但仍有不少同行坚持原来的看法——他们对上述的实验事实不以为然，因为这显然与他们脑海里“平行光被凹透镜发散后应均匀分布于与透镜平行的光屏上”想象是不符合的．

因此，笔者想到用实验来验证一下自己的判断．请看图4中4幅照片．

图4 实验验证

这4幅照片是笔者在实验室边实验边拍摄的，分别是用同一平行光源(学生实验用)先后直接照射在光屏[图4(a)]、通过凸透镜会聚于光屏[图4(b)]、光屏远离凸透镜后光线经过焦点后分散开来[图4(c)]及经过凹透镜发散后形成的“亮斑”[图4(d)]的情形，显而易见，第四幅图中的亮斑与前三幅明显不同，据此发现，平行于透镜主轴的光线经凸

透镜和凹透镜折射后形成的光斑差异显著，如果学生和老师有如此认识，那么上面这道习题提供的各个选项的说法就值得商榷了——因为光斑形状明显不同，那么根据光斑大小判断透镜类型使本题提供的选项存伪．因为实际实验中当圆孔P中分别插入凸透镜和凹透镜后形成的“亮斑”应如图5所示，因此将本题提供的选项换为通过“亮斑”类型的不同来识别透镜种类更符合实验事实．

图5 平行光通过凸凹透镜后应形成的“亮斑”

综上，笔者对上述习题的处理提几点建议：

首先，建议引用了此题的所有资料在改编时及时裁减此题，因为它在题干中提供的选项并非基于实验事实中的物理现象，而是依赖于单纯的理论分析，将两种差异一目了然的“亮斑”混为一谈了．

第二，在可能的条件下，试题的编拟一定要基于实验事实，不能想当然．事实上，中学生在解答物理问题时常常发生“想当然”式的错误，也许正跟我们教学中对一些物理现象缺少真正的研究，而是简单代替以“理论推测”的做法有关．

第三，作为教师，在面对此类可以进行实验验证的习题时，应当秉持实事求是的科学态度，不能用“直觉和所谓的理论分析”否认实验事实，这不是科学的治学态度，也不利于培养学生尊重科学、实事求是的学习和研究态度．

Experimental Inquiry and Reflection Caused by a Exercise

Wang Lu

(Jiangyan Experimental Middle School Taizhou City Jiangsu Province Postal Code，Taizhou，Jiangsu 225500 )

It is a classical exercise. Because there is a lack of awareness to the difference of the bright spot formed by the ray of light parallel to the main optical axis lens, which is refracted through the lens, and it has been misexplained for years. Based on the experiment, this paper analyzes the problem.

exercise set lens;concave lens;bright spot;light spot

2017-01-03)