劉強
【摘 要】本文的研究目的是使學生學會利用光路作圖法去分析、理解其成像規律,從而少走彎路,避免枯燥繁雜的死記硬背,利用形象思維,達到事半功倍的效果,徹底理解和掌握凸透鏡成像的規律。本文用到的方法是光路作圖以及圖像分析法,通過作圖以及圖像法的分析,得出的結論是:一倍焦距點為成實像和虛像的分界點,也是分倒立像和正立像的分界點,二倍焦距點為成放大像與縮小像的分界點。成實像時,物近像遠像變大,物遠像近像變??;成虛像時,物近像近像變小,物遠像遠像變大。
【關鍵詞】三條特殊光線;光路作圖;圖像法;實像;虛像
凸透鏡成像問題始終是學生學習的難點,一遇這樣的問題就倍感頭痛,無從著手,學生很難掌握凸透鏡成像規律,更談不上利用這些規律來解決實際問題,筆者總結多年來的教學經驗,利用光路作圖及圖像法形象地表示凸透鏡成像規律,效果較好,現總結如下。
光路作圖雖不是初中物理課程標準所要求的內容,但是“受之以魚”不如“授之以漁”,教給學生利用光路作圖法去分析、理解其成像規律,可以少走彎路,避免枯燥繁雜的死記硬背,利用形象思維,達到事半功倍的效果。
首先要讓學生認清以下主要概念:主光軸(通過凸透鏡的兩個球面的球心的連線),光心(凸透鏡上有個特殊的點,光線通過時方向不變,這個點既光心),焦點(陽光通過凸透鏡后匯聚成一個最小最亮的點,這個點的溫度很高,稱作焦點),焦距(焦點到透鏡光心的距離)。通過課件演示或者通過實驗,使學生掌握三條特殊光線的光路傳播規律。
凸透鏡中有三條特殊光線,它們經凸透鏡折射后的方向并不難記,學生很容易掌握。它們是:①平行于主光軸的光線,經凸透鏡折射后通過焦點,②通過凸透鏡光心的光線方向不改變,③從焦點射來的光線經凸透鏡折射后平行于主光軸射出。其實光路作圖就是任選其中的兩條光線,讓這兩條光線通過凸透鏡后的折射光線相交,或讓這兩條光線通過凸透鏡折射后的反向延長線相交,從而得出像點,再進行理想推理,物體上的所有的點通過凸透鏡折射后就匯聚成了整個物體的像。(從同一物體上的同一個點可以反射出無數條光線),通常為了方便,選①與②兩條即可完成光路作圖。
圖(一)表示同一物體在同一凸透鏡的不同位置經凸透鏡折射后的成像光路。為了便于觀察和分析,用1、2、3分別表示同一物體的三個典型位置,用1o、2o、3o分別表示所成像的位置,用實線表示實像,用虛線表示虛像,使學生看起來非常直觀易懂。
①當物距u>2f時,像距f (圖一) 由此圖容易看出:當u=2f時成等大、倒立實像;當u=f時無交點,表示不成像(或認為像成在無窮遠處)。 當物體在一倍焦距之外(u>f)時,物體離凸透鏡越近,像距越大;物體離凸透鏡越遠,像距越小,即物近像遠,物遠像近;當物距u=2f時,像距v=2f;物體在無窮遠處時,像距v=f;當物體在一倍焦距之內(u 用h0表示物體的大小,f左側表示正立虛像,f右側表示倒立實像,當物距為零(即物體緊貼于薄凸透鏡一側)時,像的大小與物體等大;當物體位于凸透鏡的一倍焦距之內時成正立放大虛像;物體在一倍焦距上時不成像,也可認為像在無窮遠處;當物體處在二倍焦距時,成等大的實像;當物體處在二倍焦距之外時,成倒立縮小實像;當物體在無窮遠處時,像的大小幾乎為零。一倍焦距點為成實像和虛像的分界點,也是分倒立像和正立像的分界點,二倍焦距點為成放大像與縮小像的分界點。還可以得出,成實像時,物近像遠像變大,物遠像近像變??;成虛像時,物近像近像變小,物遠像遠像變大。 總之,在教學過程中教師要啟發學生積極思考,積極動手操作,不但動手操作實驗,還要動手設計,作圖,草畫思路過程,針對謀道物理題,畫出反應題目意思的圖像,圖形,設計圖等,這會大大提高了解題能力,還能培養創新意識,符合新時代科技創新的教育理念。