凸透镜成像变化规律总结及其应用

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  例:某班同学照合影时发现队伍两边的同学没有进入取景框,为拍到全班同学的完整合影,应将照相机的镜头向______(前/后)调,同时,摄影师应______(靠近/远离) 同学们?此类问题体现出了“从物理走向生活”的基本理念,是学生应用物理知识解决实际问题的典范,也是各种考试考查的重点;但同时它也是凸透镜成像规律应用中比较难的一类,学生学得恐惧,老师教得头疼。笔者通过多年的教学探索,总结出了一套有效解决此类问题的方法,现分享如下:
  一、背景知识梳理及总结规律的重要性
  此类问题多出现在凸透镜成像规律相关内容教学完成之后,此时,学生已经通过探究活动,对凸透镜成像规律有一定程度的了解,并已知道照相机、投影仪、放大镜的工作原理,但由于现行人教版教材中没有探究凸透镜成像变化规律的内容,学生对成像变化规律基本一片空白,当然也就更谈不上上升到理论高度去解决实际问题了。很多教师在实际教学过程中,往往采用直接告诉学生规律,让学生去死记硬背的方法,这既违背了物理学习规律,也很难让学生真正做到融会贯通。因此,通过实验探究出相关规律,并且总结成精炼的语言,对这部分内容的教学而言就显得尤为重要。
  二、通过实验探索凸透镜成像变化规律
  此实验采用演示教学,师生共同探究即可。准备好探究凸透镜成像规律的全部实验器材,并组装好,实验步骤如下:
  (1)将点燃的蜡烛放置于2f以外较远处,调节光屏的位置,使烛焰在光屏上呈清晰的像,记下像距的值,记下像的大小;
  (2)将蜡烛向靠近凸透镜的方向移动,减小物距(仍保持u>2f),此时光屏上的像变模糊;移动凸透镜,直到光屏上再次呈现清晰的像为止,记下像距的值、像的大小,提醒学生与步骤一中的像距值比较,是变大了,还是变小了?像变大了,还是变小了?
  (3)完成表格中第一行;
  (4)在f  (5)分别在f2f)范围内增大物距,观察像距变化及像的变化情况,完成表格第三行和第四行。
  [引导学生分析表格,不难发现,无论在u>2f,还是f  像距与物距的变化相反,像与像距的变化相同。
  三、通过作图法巩固凸透镜成像变化规律
  为进一步加深学生对上面总结的规律的印象,可以采用作图法巩固,具体方法如下:
  上述四幅图,很直观的反映了物距变小,像距变大,像也变大的过程;至于物距变大的情况,可以用光路可逆解释,一样能发现物距变大,像距变小,像也变小。进一步验证了物距与像距的变化相反,像与像距的变化相同。
  四、应用凸透镜成像变化规律解决实际问题
  在学生完全掌握上述规律后,就可以进入应用阶段了。例如本文开篇的问题,可以作如下分析:有部分同学没有进入取景框,说明拍摄所成的像过大,要让所有的人都进入取景框,就必须要使像缩小,根据“像与像距的变化相同”,像距也应缩小,镜头与胶片之间的距离即为像距,所以镜头应该向后调;根据“物距与像距的变化相反”,像距变小,物距就应该变大,所以摄影师应该远离同学们。此规律同样适用于分析投影仪,在此不再赘述。
  五、此规律表达方式与其他表述方式的对比优越性
  此规律表述方式,较其他表述方式具有较大的对比优越性。首先,语言简洁。此表述方式抛开具体的变大或变小,用“相同”、“相反”两个词将将凸透镜成像中物距、像距、像的变化规律联系起来,言简意赅,高度总结。其次,便于记忆。现在各种教辅资料上用得比较多的一种表述方式是“物远像近像变小,物近像远像变大”,在实际教学中发现,这种表述方式虽然也很简洁,但是不便于学生记忆,很容易记混,特别是长期记忆,能准确记住的学生连十分之一都不到。而本文中的规律表述方式,绝大部分学生能很轻松地记住,并且能保持很长时间。其优越性不言而喻。
  作者简介:
  洪辉林,男,35岁,政教主任,中学一级教师,现任职于十堰市东风铁路学校。
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