“小孔成像”实验的改进

(江苏省南京市雨花台中学,江苏 南京 210012)

1 引言

小孔成像实验非常有趣，能够激发学生强烈的好奇心。用薯片桶、半透明描图纸等材料制成的小孔成像装置在白天观察时，难以看清屏上的像。用蜡烛烛光作观察物，只能看到微弱的模糊不清的像，难以探究影响小孔成像的诸多因素,使实验效果大打折扣。在苏科版物理教材的综合实践活动“探究树荫下的光斑”的教学中，笔者改进了实验，设计了小孔板，以便于探究孔的形状、大小对于光斑形状的影响，在室外阳光充足时探究效果较好，但不便于在课堂上操作，存在以下问题：(1) 板上孔数较多，不便于描述；(2) 以太阳为观察物时物距难以改变；(3) 若以蜡烛为观察物，想要观察到较清晰的像只能借助暗室。

2 利用光具座，改进小孔板

图1

考虑到教材第四章中要进一步研究凸透镜成像规律，且要使用到光具座，笔者认为可以在第三章结束时先行学习光具座的使用，为进一步学习打下基础。笔者设计的装置如图1所示，在孔的排布上采用比较形象的人脸造型，可以多孔同时成像，给学生形成视觉冲击，充分感受像的形状与小孔形状无关的物理现象。

利用大小相当的圆形、正方形、三角形小孔，同一蜡烛光同时通过三个小孔成相同的倒立的烛焰像(如图2)。当撤去三角形孔的挡光板后，三角形孔变大的同时，通过其产生的像消失，变成孔形光斑(如图3)。

图2

图3

3 改进分组实验，制作小孔成像仪

为了便于在室内进行分组实验，根据本实验要解决的问题，笔者对此实验进行了改进。

3．1 设计小孔板，解决光斑形状与小孔的形状、大小的关系

如图4所示，用黑色卡纸设计成可抽动的长条，孔分为三组，每次探究出现一组。第一组为圆形、正方形、三角形三种形状的小孔，以人脸造型分布，对比实验更鲜明地反映出通过不同孔形的小孔均能成同样的像，对学生产生视觉冲击。人脸的造型具有美观性，便于实验中指代清楚。小孔板也可拿到阳光下进行探究，可操作性强，便于学生探究。第二组为大小不同的三角形孔，观察到小孔能成倒立的像，大孔光斑变成孔的形状，解决了小孔能否成像与孔的大小有关的问题。第三组为一个大三角形孔，配有挡光插片，动态解决孔逐渐变小时，光斑由孔形变成倒立像的尺寸界限。

图4

3．2 解决光屏过亮、调节光屏到小孔间距改变光斑大小的问题

图5

如图5所示，利用两个相互套着并能抽拉的内外圆筒(内壁涂黑)制成暗箱，外筒的一端封闭，中间只留一个窗口，制作插槽，用于插入抽条小孔板。开口端可套内筒，内筒一端贴上光屏，将内筒有光屏的一端插入外筒中。两筒相套，这样内外筒便组成了暗室，在白天光线强的情况下仍能看清像。同时可改变光屏到小孔的距离，观察到像的大小变化。

在光屏画上格子，可方便测出像的大小；在内筒上画出(或贴上)标尺，可读出光屏到小孔的间距；利用自制红色“上”形光源，红光对比度强、光斑清晰、便于观察，“上”形的形状更具特殊性，便于发现像的倒立特征。

4 使用方法及效果

将小孔对准观测物，通过内筒的开口端，可以清晰地看到光屏上呈现出观测物倒立的像。抽拉内筒或抽动插片，改变孔的大小，便可以看到各种不同的光斑。

该仪器使“探究光斑形成原因”的实验操作更简便，实用性更强。实验演示不受环境的限制，在室内也可观察;集研究小孔成像各类情况的实验于一体，可调小孔和物、屏的间距，能准确测出像的大小。学生利用多功能小孔成像仪对小孔成像规律进行探究，在富有创意和趣味性的探索活动中学习科学研究方法。

小孔成像仪用于分组实验时，只有观察者能够观察到现象。利用“希沃授课助手”将手机与电脑连接，以手机摄像头代替人眼进行观察。利用手机同步将实验现象投影在大屏幕上，把科技植入教学，可以将个体观察到的现象变为全体都能看到的现象，完成分组与演示实验的完美结合。

5 结语

著名的教育家陶行知提出了“生活即教育”和“社会即学校”的观点，他主张“教学做合一”“让教育走进孩子的生活世界”。教师要充分利用教材中综合实践活动课程资源，尝试开发自己独有的教学资源，从传统课程的实施者转变为现代课程开发者与实施者，积极走到“教师即课程”的改革前沿。