初中物理透镜成像范例

初中物理透镜成像范例
凸透镜是初中物理光学部分的重要实验器材。

初中学习的凸透镜焦距测量方法是平行光聚焦法和一倍焦距成像法。

本文介绍了将自准直法作为初中生拓展学习测量凸透镜焦距的方法。

一、凸透镜焦距的几种测量方法及比较
1．初中物理的平行光聚焦法：使平行光束（太阳光或人造平行光束）平行于凸透
镜主轴射到凸透镜上，在另一侧放一光屏，使光屏与透镜主轴垂直，调节光屏位置，直到光屏上得到一个最小、最亮的光斑，这时透镜光心到光屏的距离即为焦距。

此法不够精确，适用于估测，原因是光屏在一个较大的范围内得到的光斑都很小、很亮，肉眼很难确定哪个是最小、最亮的光斑。

2．初中物理的等大实像法：根据凸透镜的成像规律，当物距等于2倍焦距时，光
屏上可以接收到倒立、等大、清晰的实像。

将光源与光屏分别置于凸透镜的两侧，调节三者的位置，直到光屏上得到清晰的倒立等大的实像为止。

此时物距与像距应该大致相等，测出物距u和像距v，据成像规律有u＝2f=v，可求出焦距f。

此方
法也不够精确，原因仍是肉眼很难确定光屏在哪个位置接到的像最清晰，以及光心位置不易找准，此时像距v不能测准。

高中物理又介绍了三种方法：
1．公式法（一次成像法）：用实物作为光源，其发出的光线经会聚透镜后，在一
定条件下成实像，可用白屏接取实像加以观察，通过测定物距u和像距v，利用
即可算出f ′。

实验中，借助光屏上所成的实像进行相关数据的测量，计算出透镜
的焦距。

理论上，当物距一定时，透镜成像清晰的位置只有一个，但由于人眼的分辨率较低，光屏在一段区间内移动时，像看上去都很清晰似的，真正成像的位置难以判断，会造成较大的误差。

测出d和l，就可以算出f ′。

这种方法中不需要考虑透镜本身的厚度，因此这种方
法测出的焦距一般较为准确。

但同时，在测量过程中，像的清晰程度不易把握，因此，要测量准确还需准确找到最清晰的像。

综合初、高中的五种测量方法可见，初中介绍的平行光汇聚法和等大成实像法测量凸透镜的焦距为粗略测量，精确度不高。

高中的三种测量方法都存在一个共同问题：理论上，当物距一定时，透镜成像清晰的位置只有一个，但由于人眼的分辨率较低，光屏在一段区间内移动时，像看上去都很清晰，使得真正成像的位置难以判断，造成较大的误差。

但是就测量原理来看，自准直法的原理所涉及的知识点较简单，且逻辑不是太复杂，适合初中生学习。

二、自准直法测量凸透镜焦距在初中的引入
具体实验方法：①用平行光汇聚法粗测待测凸透镜的焦距；②将光具座放置在水平桌面上，并将照明光源、物屏、待测透镜和平面镜放在光具座导轨上，调节各光学原件的光轴，使各光学原件等高、共轴；③移动透镜L并适当调节平面镜的方位，可看到物屏上出现倒立的清晰的像；④取下平面境，观察像是否消失：如果像不消失，证明此像不是经平面镜反射所成的像，将平面镜安装好，重新找等大倒立清晰的实像；如果像消失，测出物屏及透镜的位置，二者之差即为透镜的焦距，重复几次取平均值。

三、初中引入自准直法的教学案例及分析
为了分析引入效果，选取八年级学生进行自准直法测量凸透镜焦距的实验教学。

在教学实践中，大部分学生可以较好地完成光路图的作图；在之后焦距测量的探究过程中，学生都没有出现太大的问题。

关键词：凸透镜成像成像规律特殊现象教学新探
义务教育课程标准实验教科书《物理》八年级下册第三章第三课《探究凸透镜成像的规律》这一节课是本章教学的重点内容之一、通过学习，不仅要使学生了解凸透镜的成像规律，而且要使学生初步了解实验―― 分析―― 归纳的科学探究方法，培养学生学习的独立性、主动性。

在探究过程中，引导同学们对凸透镜的成像规律进行猜想，初步设计方案，组织同学用实验探究的方法，得出凸透镜成像的规律。

我们通过具体的教学与实验研究，总结出凸透镜成像的规律主要有三个方面：一是当物距大于二倍焦距时蜡烛火焰的光通过凸透镜在光屏上所成的像清晰的倒立、缩小的实像，其具体应用实例是照相机工作原理；二是当物距大于一倍焦距，而小于二倍焦距时蜡烛火焰光通过凸透镜在光屏上得到清晰的倒立、放大的实像，其具体应用实例是投影仪、幻灯机；三是当物距小于一倍焦距时，在光屏上不能成像，物与像同侧，眼睛贴近、透过凸透镜会得到正立、放大的像。

除此以外，我结合自己的教学实践，针对以下几种特殊现象和规律的认知容易出现的疑问予以解决。

（1）当物体在凸透镜一倍焦距或一倍焦距以内（即u=f、u
（2）当物体在凸透镜一焦距以内（即u
（3）当物体在凸透镜一倍焦距以外时，凸透镜所成的实像在凸透镜的两侧，实像的大小是怎样变化的？针对这个问题，敢、也是我在设计课堂教学的预案中预设到的，因为这是一客观存在的现象。

对其进行研究，我引导学生从三个方面展实验研究：①物距等于二倍焦距（u=2f）时，凸透镜所成像的规律。

我让各组学生从光具座上把蜡烛移动到二倍焦距处，左右移动光屏，直到在光屏上找到最清晰的像为止。

通过观察、测量、比较像的大小、像距大小，可以从中发现：当u=2f时，像距V=2f，所成的像是清晰的倒立、等大的实像。

②物距在一倍焦距和二倍焦距之间（即f。