凸透镜成像的规律的实践探究

摘 要：在教学实践过程中，由于凸透镜成像的规律非常抽象，让学生直接得出凸透镜成像规律是非常困难的，要求学生学会、掌握和运用该规律则更是难上加难。通过多年教学的探索，近几年来以学生实践探究和图像分析相结合的教学方法，其效果显著。以探究凸透镜成像特点与物距大小的关系为主轴，学生通过“猜想、提出问题、设计实验方案、实践操作、数据分析和归纳”等，让学生对实践探究产生兴趣、发现问题、小组解决问题。引入用图像和数学分析方法帮助学生理解和记忆凸透镜成像的规律。

关键词：凸透镜；成像；规律

教学器材：

光具座、凸透镜、蜡烛、火柴、光屏。

探究问题：

凸透镜成的像是放大还是缩小、倒立还是正立和实像还是虚像与物距和焦距的关系。蜡烛在移动过程中，像的移動方向和大小是如何变化？

实验探究：

一、 实验结果和观察成像的情况记录在表格中。凸透镜的焦距f=10 cm

二、 探究问题：

1. 在什么条件下，能在光屏的中央处成像？

引导学生思考在烛焰、凸透镜光心和光屏中心是否在同一高度问题，同时也要提醒学生，是否跟同一直线有关的问题。

2. 在什么条件下，无论怎样移动蜡烛也无法在光屏中成像？

3. 在物距与焦距符合什么条件下，凸透镜成放大或缩小的实像？在物距与焦距符合什么条件下，凸透镜呈倒立或正立的实像？在物距与焦距符合什么条件下，凸透镜成实像或虚像？

提示学生将蜡烛从光具座最远处一直移至凸透镜最近的地方，观察从什么地方开始不能在光屏上成像。在什么地方开始出现成放大和缩小的像的变化。在什么地方开始出现呈倒立和正立的像的变化。

4. 找出倒立或正立的像与实像或虚像的关系。找出放大或缩小的像与实像或虚像的关系。找出凸透镜成实像时，物距的变化与像的大小变化关系。找出凸透镜成实像时，物和像的移动方向变化关系。

指导学生将蜡烛从光具座最远处一直移至凸透镜最近的地方，观察物与像的移动方向，像距变化和像大小的变化。找出物与像同向移动，像距变大，像变大的结论。但要提示学生，变大的像与放大的像的区别，不能混淆。

5. 凸透镜成像时，物体放在2倍焦距上所成的像有特点？

三、 用图像方法分析物距等于2倍焦距时凸透镜成像的特点：

1. 直角三角形AOB和DOC是全等三角形，AB边等于DC边，可知成等大的实像；

2. 由图像可知呈倒立的实像。

四、 用图像方法分析凸透镜成像的规律：

指导学生将蜡烛从光具座最远处一直移至凸透镜最近的地方，观察并得出以下结论：

1. 物与像同向移动；

2. 像距变大像变大，像距大于物距成放大的像，反之；

3. 两倍焦点上区分放大或缩小的像，焦点上区分实像或虚像；

4. 倒立的像为实像，正立的像为虚像；

五、 用图像分析方法分析凸透镜成像的规律：

指导学生在图像中找出物距等于像距的点，即u=v=2f。根据物距的变化判断像距的变化，由像距跟物距比较，当像距大于物距时，呈倒立、放大的实像；当像距大于物距时，呈倒立、等大的实验；当像距小于物距时，呈倒立、缩小的实像；当在成像区域外，则不能呈实像。

学生通过实践探究，观察、分析、推理、归纳、分析和数据处理，得出凸透镜成像规律。结合多媒体，再通过凸透镜成像光路图的分析，进一步加深学生对凸透镜成像的规律的理解。

作者简介：黄秋明，广东省江门市台山市任远中学。endprint