自制平面光具座改进初中物理成像实验

总第340
期
2020年6月
教具设计与制作
自制平面光具座改进初中物理成像实验
邢文海
摘　要：通过对八年级物理凸透镜成像和平面镜成像两个实验进行研究设计，自制一种平面光具座，弥补原光具座在探究凸透镜成像规律实验中的缺陷，使实验操作简单、安全环保、现象明显，并适当改装应用在探究平面镜成像的实验中，补齐实验室缺少平面镜成像实验仪器的短板。

关键词：平面光具座；凸透镜成像实验创新；平面镜成像实验创新
作者简介：邢文海，本科，一级教师。

甘肃省高台县第二中学，734300
一、研究背景
原光具座在探究凸透镜成像规律实验中存在一些缺陷，实验室没有配备平面镜成像规律实验的实验装置。

物理实验教学是物理教学的核心，实验操作过程的科学性和数据的自然性、真实性非常重要，物理教师在教学过程中不难发现实验仪器的缺陷。

若能对实验和仪器进行创新和改进，可以使实验过程更科学，实验现象更明显，实验数据更准确，使学生对待实验的态度更严谨，有利于提高学生的实验能力，服务物理教学。

二、原光具座探究凸透镜成像实验的缺陷北师大版《物理(八年级下册)》第六章《常见的光学仪器》第二节《学生实验：探究—凸透镜成像》，用蜡烛、凸透镜、光屏、光具座等器材探究凸透镜成像的特点和规律。

实验时，烛焰中心凭直觉判断；多个蜡烛燃烧污染教室空气；改变蜡烛位置的操作存在烫伤隐患；烛光较弱；像与物之间有一段距离，像与物的大小、方向等特点比较时，由于“视觉”和“视角”因素，凭肉眼观察比较得出结论的方式不严谨；烛焰的形状特点使像与物左右方向特点不明显；基于原光具座的滑道，蜡烛和光屏的位置移动具有局限性。

三、自制平面光具座对凸透镜成像实验的改进1.用LED 光源取代蜡烛作为光源
LED
形光源中心有不同颜色的LED 发光点，更容易达到让光源中心、透镜光心和像的中心在同一高度的装置安装要
求(如图
1所示)。

图
1
光源在光屏处与像进行比较，让实验中像与物大小比较
方式更加科学、严谨(如图2
所示)。

图
2
系更明显(如图3
所示)。

图3
总第340期
2020年6
月2.用带有方格坐标纸的长方形底盘取代原光具座的滑道
带有方格坐标纸的长方形底盘可以使光源和光屏在底盘上任意方向移动，弥补了传统光具座只能在滑道上左右滑动的缺陷，能够轻松得出光源不同方向移动时像的移动情况。

光源和光屏在底盘上任意位置都能通过方格坐标读出物距与像距。

实验过程中可以在方格上标点留下实验痕迹，实验完成后可以通过分析实验痕迹得出物距与像距的关系。

四、自制实验装置介绍
用LED
形光源一个(推荐用带方格的电路板，方格可以在像与物大小比较时作为参考，中心点用其他颜色的LED 光源)；自制能够在方格纸上做标记的载物底座三个(推荐用塑料盖，侧面开孔可以在中心描点标注位置)；自制20 cm ×100 cm 底座一块，厚度不限(推荐20 cm ×50 cm 木板或集塑板两块拼接可以缩小体积便于携带)；底座等大的方格纸2块(建议方格边长为1 cm ，便于读数)；准备20 cm ×25 cm 的平面镜和薄玻璃板各一块(侧面固定量角器，使镜面与底座垂直)。

五、装置在平面镜成像特点探究实验中的应用在北师大版《物理(八年级上册)》第五章第三节《学生实验：探究—平面镜成像的特点》，实验室没有配备专用的实验仪器，可以将本装置的凸透镜位置交替放置装有量角器的平面镜和薄玻璃板。

在平面镜和薄玻璃板的一侧安装量角器，通过调整可以使平面镜或薄玻璃板与底座保持垂直，也可手动使装置倾斜，观察产生的现象；带有方格坐标的底盘可以在任意位置读出物距与像距。

如图
4
作
面进行对比，得出像与物的方向特点；如图5所示，替
与物等大。

本装置中光源可以竖放也可以平放，说服力更强，蜡烛却达不到此要求。

图4 图5
六、实验装置创新点1.装置适用性强
该装置能完成初中物理学段的两个光学成像的实验：探究凸透镜成像实验和探究平面镜成像特点实验。

2.LED 光源稳定、安全　实验现象更明显
该装置所使用的LED 光源相对于蜡烛而言，不会因为实验时间过长而变短，更有光强、无污染、安全等优点。

字母光源中心有其他颜色的LED 光源光点，更容易找到像与物的中心。

相对于烛焰的形状特点更加明显，更容易得出像与物的方
方法，使像与物的大小比较更科学，现象更明显。

3.带有方格坐标纸的长方形底盘使实验过程可控和可量化
用带有方格坐标纸的长方形底盘取代原光具座的跑道，可以使光源和光屏上下左右前后全方向移动，探究由于光源的移动而使像的位置变化的现象，弥补了传统光具座只能在滑道上滑动的缺陷；方格坐标纸取代原光具座刻度尺，在底盘上任意位置都能通过方格坐标纸读出物距与像距的大小。

七、对实验装置的设想
若将方格坐标纸上加上以透镜载物底座针孔为圆心的靶心状同心圆坐标，可以方便读出物与像在方格纸任意位置的物距与像距。

若能将载物底座改为可上下伸缩的部件，可以直观地看到物体上下移动时像的变化，增大光屏面积可以让成像操作更容易。

若能将本实验装置推广进入学校实验室，可以服务更多一线教师的物理教学。