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在教学中,大家都清楚物体通过凸透镜可以成倒立的实像,但不少教师在物理教学中发现一个问题:学生对于凸透镜成像中“倒立”的理解存在很大的障碍,学生仅仅把这个“倒立”简单地理解为“上下颠倒”,而没有理解实物和像之间是“上、下、左、右‘完全’颠倒”的实况。

在人教版、北师大版的初中《物理》及初中《科学》教材中关于凸透镜成像的探究都有很明确的实验或活动安排,其实验活动的要求也基本相同,即都要求学生理解物体通过凸透镜成像的“虚、实、正、倒、放大、缩小”等,提供的器材均为蜡烛、光距座、凸透镜、光屏等。

基于学生理解凸透镜成像的困难,不少教师进行了改进,有的将蜡烛(光源)用灯泡替代[1],有的用发光二极管制成电子蜡烛做光源[2],还有的用发光二极管制作“F”字型的光源[3],等等,对学生的理解都起到了一定的帮助作用。

针对这个问题,我们在“凸透镜成像演示装置设计”思路[]的基础上,共同研究、设计和制作了一套演示凸透镜成像的装置,这套装置具有“分步骤、立体化”的演示效果,能帮助学生真正理解凸透镜成像的实质。以下就介绍该装置的演示步骤。

 

演示步骤:

步骤一:分步骤演示,让学生理解物体通过凸透镜成“什么样”的“倒立”实像。

1、用红、绿发光二极管制作“”形状光源,并用独立的开关和电源分别控制红、绿光源,如图1—1、1—2所示。

 

 

1—1                                             1—2

2、将光源、凸透镜和光屏按要求放置在光距座上,并进行调节,准备实验,如图2—1、2—2所示。

 

2—1                                             图2—2

3、单独打开绿色二极管单箭头型光源,引导学生观察它的“倒立”的像,是“左右”倒立?“上下”倒立?还是“上下左右”同时或全部倒立?如图3所示。

4、单独打开红色二极管单箭头型光源,重复3步骤,强化对“倒立”的理解,如图4所示。

 

3                                             图4

5、同时打开红、绿 光源,引导学生观察它的“倒立”的放大或缩小的实像,从“整体”上来理解“倒立”的含义,如图5—1、5—2所示。

 

5—1                                             图5—2

 

 

步骤二:通过光路暗箱,分步骤演示,让学生理解物体通过凸透镜“为什么”成“倒立”实像。

6、用六支激光笔制作“┓”型特殊光源(特殊物体),每支激光笔都有独立的开关控制,另外用一支激光笔做参考用,它的光线刚好通过凸透镜的光心,也有独立开关控制,并把这个特殊光源(特殊物体)安装固定在光路暗箱上,如图6—1、6—2示。

 

6—1                                             图6—2

7、单独开“┓”特殊光源(特殊物体)中的“上下”两支激光笔,从光路暗箱的侧面观察光路的传播,两条光路“上下倒立”如图7所示。

8、单独开“┓”特殊光源(特殊物体)中的“左右”两支激光笔,从光路暗箱的上面“俯视”观察光路的传播,两条光路“左右倒立”,如图8所示。

 

7                                             图8

9、按“从左到右、从上到下”的顺序依次打开“┓”特殊光源(特殊物体),可以“动态的、立体化”的观察到“┗”型的像,如图9—1、9—2所示。

 

9—1                                             图9—2②

10、打开参考用激光笔,观察它的光线传播情况,可以看到通过凸透镜光心的光线其传播方向不发生变化,如图10—1、10—2所示。

 

10—1                                             图10—2

 

 

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