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凹透镜成像原理_“猫眼”是凹透镜吗?

时间:2019-01-16 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  背景一:   在上完透镜后,班级里一个成绩比较好学的学生小A拿出课外辅导书上一道题目问我,题目是这样的:   为了防盗,在门上装上一个“猫眼”,使屋内的人能看清屋外的人是一个正立缩小的像,根据这一现象,“猫眼”应该是()
  A. 凸面镜 B. 凹面镜
  C.凹透镜 D. 凸透镜
  小A:老师,这道题目参考答案选C,也只能选C,可是我仔细观察了我家里的“猫眼”,发现从家里向外面看的时候,外面的人是一个正立缩小的像,但从外面看家里时,却什么也看不到,而凹透镜不管从哪面看都能看到正立缩小的像,这是什么原因呢?
  这的确是一个比较好的问题,如果直接告诉他答案,不能够进一步调动他学习的积极性,而且“猫眼”的原理不是一句话两句话就能够说清楚的,更何况透镜的组合――望远镜和显微镜――的内容还没有学习,于是我决定先不给他答案,让他带着问题继续学习。我当时是这样回答的。
  老师:你的问题提的非常的好,老师也曾经有过类似的疑惑,后来解决了,你不妨先预习一下下面的内容,或许能够找到答案。
  小A对我的回答显然不太满意,带着疑惑回去了。
  背景二:
  在上完《光的折射 透镜》内容后,评讲本章习题时又遇到一道题目:
  许多家庭防盗门都有猫眼,从室内透过猫眼往外看,可以看到正立的缩小的像,猫眼相当于()
  A. 凸透镜 B. 凹透镜
  C. 三棱镜 D. 玻璃砖
  显然答案仍然选凹透镜, 这时小A再次提出他的疑惑,显然他还没有找到答案,而班里大部分见过猫眼的学生开始躁动起来,觉得老师讲得题目有问题,班里大部分同学在小声地议论着。
  我觉得不给他们解决这个问题,势必会打击他学习物理的积极性。但如何让大部分同学真正地理解猫眼的结构,激发他们学习物理的兴趣,体会科学家探究物理规律的过程,于是我决定设计一节探究猫眼结构的实验探究课。
  教学设计:
  考虑到初二学生知识主要来源于感性认识,不可能深入到理论高度(即用三条主要光线画成像特点),我特地购买了一些猫眼,并且每个实验小组分别准备两个焦距不同的凸透镜和凹透镜(焦距分别是5cm,10cm),一个光具座(便于调节透镜的距离)。
  首先我让学生猜想可能的情况,学生的猜想有:
  猜想1、一个凸透镜
  猜想2、一个凹透镜
  猜想3、两个凸透镜
  猜想4、两个凹透镜
  猜想5、一个凹透镜,一个凸透镜,凹透镜焦距大,凸透镜焦距小
  猜想6、一个凹透镜,一个凸透镜,凹透镜焦距小,凸透镜焦距大
  然后我让学生观察猫眼,学生除了看到正常家里所见到的情况,还发现,当外面的人靠的很近时好,可以成正立放大的像。根据观察到的现象,我让学生接着验证上面的猜想。并且强调,如果是两个透镜,透镜的距离不能太大,不超过5cm,这与猫眼两个透镜间距较小有关。
  对于猜想1,学生很快就否定了,应为凸透镜成像规律他们基本熟悉。
  猜想2很快也被否定,因为不管你怎样移动凹透镜,始终是正立缩小的像,并且换一面看仍然是正立缩小的像。
  猜想3,学生倒是动了大概10分钟,但答案很快揭晓,猫眼不可能是这个结构。当目镜焦距大物镜焦距小时,调到清晰的像,像是倒立放大的,这正是显微镜的成像特点。当目镜焦距小物镜焦距大时,调到清晰的像,像的倒立缩小的像,这正是开普勒望远镜的成像特点。
  猜想4被否定的也比较快,当两个凹透镜叠加时,像更小,而且不管是目镜焦距大,还是焦距小,都是类似的成像特点。
  猜想5,5分钟之后学生的结果出来了,当目镜是凹透镜时,可以得到正立放大的像,当目镜是凸透镜时,可以得到正立缩小的像,并且当两个透镜间距离在一定范围内改变,像的大小也会发生变化。这正是伽利略望远镜的成像特点,也是生活中的望远镜的成像特点。猜想5被否定。
  最后只剩下猜想6,5分钟,学生已大致找到移动的窍门,最后的结论是当目镜是凸透镜时可以得到正立缩小的像,当目镜是凹透镜并且透镜间距离不超过5cm时,不能成像。这就是猫眼的成像特点。
  当学生通过自己动手得出猫眼的结构,他们的心情不亚于哥伦布发现了新大陆,我想我的效果也达到了。
  最后我在班级的后面贴上了关于猫眼的光学原理:“猫眼”是由一个凹透镜和一个凸透镜组成,物镜是凹透镜,目镜是凸透镜,但物镜的焦距较短,目镜的焦距离较长,且目镜的焦距应等于或大于物镜与目镜的距离(猫眼的长度)和目镜的焦距之和。当我们从门内向外看时,物镜是凹透镜,目镜是凸透镜.物镜的焦距极短,它将室外的人或物成一缩得很小的正立虚像,此像正好落在目镜的第一焦点之内,目镜起着放大镜的作用,最后得到一个较为放大的正立虚像,此像恰又成在人眼的明视距离附近,对于门外的情况,就看得清楚了。其成像光路图为:
  那么,同样通过此“猫眼”,为什么从门外向里看(倒看)时,却什么也见不着呢?
  在倒看时,凹透镜变成了目镜,凸透镜则成了物镜,室内的景物,通过会聚透镜后的折射光束本应生成倒立的实像,但在尚未成像之前就落到发散的凹透镜上,由于焦距极短,最后得到的正立虚像距目镜很近,只有2―3cm,又由于门镜的孔径很小,室外的人不得不贴近目镜察看,这样,人眼与像之间的距离,也只不过2―3cm,这个距离远小于正常人眼的近点,因此,对于室外的窥视者,室内的一切当然也就“视而不见”了。其成像光路图为:
  教学反思:
  以前教学中,我也遇到过类似学生提问,每次觉得直接告诉学生答案,学生给我的信号是似懂非懂。学生只停留在得到答案上,下次遇到类似的问题又不懂了。本次通过探究活动的形式得到了猫眼的光学原理,相信学生再遇到问题,至少也会自己先动手做一做。
  新课程改革实施六年结束,笔者在教学中发现很多教师,尤其是农村教师,课堂教学仍以传授为主,学生的探究意识不强,最终导致学生对未知的科学领域没有较强的好奇心,求知欲望不强。
  虽然本次探究活动是课程标准要求以外的内容,完全可以不进行,很多老师也没有做这个实验,但通过这次活动,以及后面增加了一些额外的探究活动,我明显地发现这届学生学习物理的兴趣比以前几届高,最终考试的成绩也比较好,我想对于探究活动,不管是课标要求还额外的,多开展肯定有利于学生物理学习能力的培养。
  (钟立志 南京市六合区新篁镇初级中学 211500)

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