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浅谈如何轻松掌握凸透镜成像规律

 

【作者】 胡 洋

【机构】 湖北省房县职业技术学校

【摘要】 凸透镜成像是因为凸透镜对光的折射引起的,但学生学起来非常抽象、难懂。特别是凸透镜的成像规律更是不易理解,也不好记。所以这个知识点是初中物理光学教学中的重点也是难点。它涉及到的知识点有:光的直线传播、光的折射规律、虚实像的概念、光路中法线的重要性、光路的可逆性等。可贵的是,初中学生好奇心强,对未知世界有很强的探索欲望,对动手做实验有很大的兴趣。在课堂上,喜欢看老师做演示实验,对看到的物理现象感到神奇有趣,敢于猜想,善于从实验中探究和获得物理知识。

【关键词】 凸透镜,成像,规律;
【正文】凸透镜因对穿过他的光线有折射作用,从而改变了原来光线的方向,要么将光线汇聚在异侧成实像,要么将光线的反向延长线汇聚在同侧成虚像,要么不成像。这主要取决于光线是从什么位置发出的。凸透镜成像规律比较复杂,但只要抓住关键,切中要害,理解起来也不是那么困难,掌握起来也会变得轻松。轻松掌握凸透镜成像规律需从以下几方面入手。
  一、理解记住凸透镜光学性质。
  凸透镜的光学性质,最重要的一点就是对光线有汇聚作用,以及将平行于主轴的光线汇聚于异侧焦点、将焦点射出的光线平行射出、穿过光心的光线方向不变。凸透镜对光的作用,本质上是光的折射。那我们就可借助最基本的光路作图的方法理解并记住这些性质。当然这其中对于三条特殊光线的定性,是通过精准实验后得出的结论,我们难于通过自己作图去精确得出结果,但通过作图是有助于理解凸透镜对光线有汇聚作用这一性质的,由此及彼,对记忆三条特殊光线的性质也是有帮助的。
  如图一(1),当入射光线射在凸透镜表面上时,根据光的折射规律,折射光线将会靠近法线向主光轴偏折:所以对光线有汇聚作用。(偏折多少这是由构成凸透镜材料的折射率决定的,这里不需定量,不做过多探讨,总之是这样偏折的)







  对于三条特殊光线的折射光路也可在此基础上加强记忆。如图一(2),首先定性的知道光线穿过凸透镜是会被偏折向主轴的,再精确的记住具体偏向哪里。(这里三条特殊光线的精确偏折位置,有条件是可以通过实验做出来的,没有条件的也请相信这个结论是通过实验验证了的)







  二、做好凸透镜成像规律探究实验。









  凸透镜成像规律探究实验是一个操作性强,实验结果直观明显的实验(如图二)。有条件的学校可以让每个学生亲自做一次,这样可加深学生对凸透镜成像规律的理解和记忆。
  为确保这个实验成功,老师需提醒学生注意以下几个方面:1、凸透镜焦距值必需准确。2、蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置要正确。3、蜡烛、凸透镜、光屏三者中心必需在同一水平高度。4、移动蜡烛时需小心谨慎。5、光屏上必需得到最清晰的像。6、实验数据必需及时准确记录。7、及时做好结论总结。
  这个实验的目的性很明确,就是探究凸透镜成像规律。但具体探究的内容、步骤、方法、注意事项等,实验前老师应指导学生做一个详尽的实验计划,这样才能保证实验的成功。实验过程中老师需密切关注学生的实验情况,对操作有偏差的学生应及时指正,避免部分学生实验不成功或实验结果严重错误,从而学习积极性受打击或记住了错误的结论,影响以后的学习。实验结束后老师应针对性的引导学生做出详细的总结,如此学生对自己亲自做出的实验结果和实验结论,一定会印象深刻记忆长久。
  三、用特殊光线作图法“做出”凸透镜成像规律,强化理解记忆。
  光学作图是学习光学必须掌握的一个技能。对于凸透镜的成像规律,让学生通过光学作图来呈现,势必会强化学生对凸透镜成像规律的理解和记忆。
  我们知道,通过凸透镜的所有光线中,有三条光线的光路是已知的。我们称之为三条特殊光线,即平行于主轴的光线汇聚于异侧焦点、焦点射出的光线平行射出、穿过光心的光线方向不变。我们完全可以利用凸透镜的这个光学性质通过作图的方法“做出”凸透镜的成像规律。
  1、物体在一倍焦距和二倍焦距之间时。如图三(1):







  直观看出:f<u<2f时,v>2f,成倒立、放大、实像。应用:幻灯机。
  2、物体在二倍焦距以外时。如图三(2):







  直观看出:u>2f时,f<v<2f,成倒立、缩小、实像。应用:照相机。
  3、 物体在一倍焦距以内。如图三(3):








  直观看出:u<f时,成正立、放大、虚像。应用:放大镜。
  可以看出,用作图的方法呈现凸透镜成像规律,直观明显,易懂易记,不失为一种好的学习方法。
  总之,凸透镜成像规律虽然抽象不易理解,但通过对上述三个方面的归纳总结,轻松记住它掌握它,也并非难事。
  • 【发布时间】2018/1/3 14:54:57
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