自制小孔成像演示器

程荣贵

(南京师范大学附属中学新城初级中学黄山路分校,江苏,南京 210019)

在进行光的直线传播教学时,小孔成像是非常重要的一个演示实验．它不仅可以巩固学生对光的直线传播的认识,也可以为后续的学习做铺垫,学生在探究平面镜成像的特点时,会潜移默化的思考:平面镜成的像是实像还是虚像?怎样去验证?像是倒立的还是正立的?带着这些猜想去探究,课堂教学更有效．因此,通过自制小孔成像演示仪,进行小孔成像的探究,应该是光的直线传播教学中不可或缺的一环节．

1 实验原型及不足之处

初中物理许多版本的教材都有关于小孔成像实验的内容,为了促进教学的有效性和提高学生学习物理的兴趣,教师也在创造条件进行演示实验．但由于没有专门的实验器材,一般情况下,教师的自制教具不够精致,在教室环境下的演示实验效果并不理想,造成教学效果达不到预期．

为了克服上述困难,使小孔成像实验更具有可视性和可操作性,不仅增强教师的演示实验能力和动手能力,更为了培养学生自制学具的能力,通过自制学具观察小孔成像．笔者做了如下的自制小孔成像演示仪的探索．

首先,介绍小孔成像的原理: 光在均匀介质中,沿直线传播．其原理如图1所示．

图2 小孔成像原理

3 自制小孔成像实验演示器的制作

(1) 实验器材.

纸盒一个,卡纸两张(做暗箱内筒、外筒用)、LED光源、光屏、光具座,如图2所示．

图2

(2) 制作过程.

制作暗箱内筒:把小纸盒内部涂黑,纸盒个嵌套部分用双面胶粘好,确保密封不透光;测量F光源的尺寸,再在纸盒的一侧用裁纸刀挖出比F光源尺寸略小的尺寸,使其十分吻合地卡进小纸盒内,如图3所示．

图3

制作暗箱外筒:用卡纸绕在纸盒的外侧,形成一个大纸盒的形状并固定,可在小纸盒的外面自由伸缩且密封性能良好,如图4所示．

制作小孔:测量出大纸盒的尺寸,再用卡纸剪一个略大于其尺寸的长方形卡片纸,用一根铁钉在卡纸上钉一个孔,带有小孔的卡纸可以固定在大纸盒上,便于实验器材的密封性完整．如图5所示．

图4

图5

最后把大小纸盒嵌套在一起,与F光源进行固定,并把带有小孔的卡纸也用双面胶粘在大纸盒上,组装完成．如图6所示．

图6

(3) 实验演示操作(简要的教学流程).

制作完成的小孔成像演示器就可以进行演示实验啦.第1步,打开F光源的开关,调节大小纸盒之间的距离(物距),使像清晰地呈现在光屏上(如图7);第2步,研究小孔成像像的大小与像距的关系,仅改变光屏到大纸盒的距离(像距),观察像的大小变化情况(如图7、8);第3步,研究小孔成像像的大小与物距的关系,改变大小纸盒之间的距离(物距),同时调节光屏的位置,确保光屏与大纸盒之间的距离不变(像距不变),观察像的大小变化情况(如图9、10)．

图7

图8

图9

图10

(4) 实验创新与改进之处(制作、使用).

笔者利用光具座和F光源制作的小孔成像演示仪相对于一般的小孔成像演示仪在制作和使用上有如下优点.

① 光具座、F光源、纸盒的材料获取方便,另外只需要一些常见的双面胶、剪刀即可,不仅方便教师及时准备自制教具,而且方便学生亲手制作和验证;同时制作过程简单,关键步骤是把小暗盒与F光源嵌套在一起,再用一片有孔的硬纸片在另一端进行密封就基本完成．

② 设计过程避免了环境的影响．一是通过进行利用探究凸透镜成像实验的F光源,F光源是LED灯,亮度大,实验效果更好;二是利用密封的纸盒几乎是黑暗的,成像的清晰程度高．三是纸盒与F光源、大小纸盒紧密结合,不透光,更有利于观察实验现象．

③ 可反复使用,操作方便．要想观察小孔成像,只需要用手前后拉动大纸盒,在光屏上就可呈现大小不同的倒立实像;也可移动光屏,改变像距,观察实像的变化情况．若要利用光具座进行其他实验,只需要取下纸盒即可,方便保存、安装和再次使用．

4 实验效果评述:(改进后的实验对学生物理学科素养培养所起的作用)

物理教学的有效开展不需要强制,而是激发并培养学生的学习兴趣．进行改进的自制小孔成像演示仪,不仅教师可以作为教具进行教学,学生也可以在实验室自主完成,能够有效地激发学习物理的兴趣,使之在轻松愉悦的气氛下学习,掌握知识,同时可以关注学生思维能力的养成．

同时,自制教具学具,使学生变苦学,厌学,死学,难学不会学为乐学,好学,活学,易学,会学,逐步培养其主动,探求知识．可以帮助学生培养发散思维、形成创新意识;也可以引导学生充分发挥学生的主观能动性,进行合理的质疑．即使小孔成像实验的原理与现象学生了然于心,但学生通过自制学具,也能从不同角度和方向进行再思考,以不断完善和构建自身的物理知识框架、以及形成科学的思考问题的方式．

如在探究小孔成像像的大小与像距的关系时,只能改变光屏的位置,在探究小孔成像像的大小与物距的关系时,在改变物距大小的同时,要通过移动光屏保持像距不变．学生演示,笔者进行适当指导,及时纠正不规范操作和实验方法的应用,既加深了对小孔成像规律的理解,又增强了学生实验探究与实践操作的衔接,为学生的学习知识的方式提供了新途径．