透镜对光线作用实验演示器在初中物理教学中的应用 论文

透镜对光线作用实验演示器在初中物理教学中的应用【摘要】针对传统的透镜对光线的作用首先要把“点光束”（打在光屏上是一个点）用一个玻璃圆柱体扩束为“线光束”（打在光屏上是一条线），学生不容易理解的问题，研制出新型透镜对光线作用实验演示器。该实验演示器不对点光束进行扩束，通过在液体中直观立体的显示光路，演示透镜对光线的作用。【关键词】透镜实验创新光学一、研究背景和意义透镜对光线的作用是初中物理中的一个重要实验，它上承光的折射规律，下关系到透镜焦点、焦距概念的建立和凸透镜成像规律的学习。教学验和现有实验器材是把首先把“点光束”，用圆柱体扩展为“线光束”，然后在光屏上呈现出光的传播路径，透镜也只是取了透镜的一个横截面，如图1（a）、（b）所示。虽然能够显示光的传播路径，但是学生不理解激光笔出来的光束为什么要扩束成一个“一”型光束？在光屏上显示的是一条线？透镜对光线的否只能发生在一个平面内？演示用的凸透镜为什么和生活中使用的凸透镜为什么不一样？在此学生会留下疑问和困惑。在演示眼睛如何看清远近不同的物体时，已经有人做出水凸透镜来演示眼睛的调节作用。利用水凸透镜可以演示当物体靠近或远离人眼时，通过向水水或抽水改变水凸透镜的厚度来改变水凸透镜的焦距，从而在当物距改变时，不改变像距的情况下始终在光屏（相当于视网膜）上成清晰的像。但是厚和凸透镜焦距的关系不能直观动态的由实验演示出来，需要老师的讲解。老师通过画图或用厚度不同的截面透镜来说明凸透镜越厚，折光能力越强焦距就越小；凸透镜越薄，折光能力越弱，其焦距就越大。二、研究设想和过程能否不扩束，在一个立体的空间里直观的显示光路，通过光路的变化显示凸透镜对光线的会聚作用和凹透镜对光线的发散作用；能否直观的显示凸透镜后光路变化引起凸透镜的焦距变化，使学生获得一个动态直观的认识。上网查阅相关资料，鲁佩用在《凸透镜对光线会聚作用的实验设计》一文中介绍了几种显示透镜对光线作用的方法；李光新设计》利用截面透镜显示透镜对光线的作用；吴学涛在《初中物理光学实验创新设计与应用思考》一文中利用水雾和截面透镜显示透镜对光线的作用。基于前人对透镜对光线作用的研究，本人得出了该项目的研究，旨在借鉴前人研制项目的优点，制作出一套能全方位立体直观演示透镜对光线作学生自主探究光的实验装置。该教具应具备以下特点：1、适合学生的认知特点，原理清晰、现象生动；2、便于学生直观、全面的观察实验现象；3、操作简便、快捷、绿色环保，适于学生自主探究实验或基于师生对话式课堂教学；本项目主要围绕三个问题展开研究：（1）如何直观地显示光路？（2）如何全方位立体地改变光路，而不仅仅只局限于某一方向，某一平面？（3）如何使整套实验操作简捷，观察到的现象能有效引发学生思考？利于培养学生的核心素养。三、研究成果.实验装置结构实验器材主要结构组成：第一部分是光路显示装置，由一个封闭的圆柱形容器组成，内装有滴有少量牛奶的水。底部有透明支架，可以使圆柱体桌面上。在支架的两旁，固定有两个和圆柱体平行的刻度尺，配合一个半圆形装置，可以大致测出凸透镜的焦距。第二部分是平行光产生装置：为了能够获得平行光，将三个强激光发生器捆绑在一起，调整他们的相对位置，使三个激光笔发出的。第三部分是自制的一个水凸透镜，通过注射器向水凸透镜中注水和抽水来改变水凸透镜的薄厚程度，改变水凸透镜的折光能力。2.实验教具使用说明图解（1）演示凸透镜对光线的会聚作用，如图5所示。测量凸透镜的焦距，将平行光束正对凸透镜，将半圆形装置的狭缝对准焦点并使狭缝在两边的刻度相同，读出凸透镜到狭缝的距离，即为凸透镜焦距。（2）演示凹透镜对光线的发散作用。(3)演示水凸透镜对光线的作用。平行光束通过水凸透镜后会会聚于一点，此点即为水凸透镜的焦点如图8所示；当向水凸透镜中注水时，水凸透镜变厚，折光能力增强焦距变小如图9所示。从而可以说明晶状体的距大小之间的关系。1实验装置改进的意2.实验现象直观、立体，便于学生观察；.真实的呈现了平行光束通过透镜以后在三维立体的空间里的会聚、发散以及动态变化过程，适于学生的认知。3.实验器材分散组装，便于开展探究式教学或基于师生对话式实验过程也是对实验器材一步步组装的过程，组装过程中的每一步都设置相应的问题，启发学生思考，体现注重课堂教学过程，培养学生核心素养的育理念。项目完善设想经过将近半年的研究及反复实践证明，围绕这一项目的研究方向是正确的。也取得了良好的研究成果和教学应用效果。现准备以论文的形式投稿发表，以期]能取得更广泛的课堂教学应用。当然，受客观条件和个人能力的限制，本项目还存在一些不足，有待于以后的改进和完善。例如（1）由于水凸透镜中的水会受重力作用，当在水凸透镜中注满水后，水凸透下半部分的弯曲度比上半部分会更大，折光能力会更强，因此这时如果用三束平行光照射水凸透镜，三束光线不能交于一点。在演示水凸透镜对平行光化过程时只能用两束光线演示。（2）将三个激光笔捆绑在一起可以产生平行光束，但是三个激光笔在一块固定后不能随意改变每一束激光束的方向，不能演示凸透镜对会聚和发散会聚作用；不能演示凹透镜对会聚和发散的光束也有会聚作用。参考文献：[1]初中物理：北京师范大学出版社八年级（下）3[M].2]鲁佩用.凸透镜对光线会聚作用的实验设计[J].物理教学，2016：79-80.3]李光彪.《光学实验器材的改进与创[J].实验教学与仪2008：43-4]吴