孫九林

(南京市人民中學(xué)，江蘇 南京 210005)

1 水透鏡的制作方法

圖1

(1) 器材: 熱溶膠槍、熔膠棒各1根,如圖1所示.注射器、塑料軟管、學(xué)生用膠帶的內(nèi)圈、空圓珠筆筆芯(長3 cm左右)、橡皮膜(透明安全套)各1只，細(xì)線1根，水.

(2) 制作方法.

① 在膠帶圈上鉆一個比圓珠筆芯略大點(diǎn)的圓孔并將空圓珠筆芯插入孔內(nèi),再用熱熔膠將孔隙處進(jìn)行密封處理.

② 將透明安全套套在膠帶圈上并拉緊后再用細(xì)線將安全套口扎緊在空圓珠筆芯上.

③ 將空圓珠筆芯的一端套在塑料軟管上,軟管的另一端套在注射器的針孔處并將接口處密封;再將一段細(xì)金屬桿固定在空圓珠筆芯上,這樣就做成了一個水透鏡.

圖2

④ 通過注射器向水透鏡中注滿水,排出水透鏡內(nèi)的空氣,如圖2所示.

(3) 操作方法.

通過注射器向水透鏡中注水或往外抽水,可以改變水透鏡的凹凸程度,從而進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究.

2 利用水透鏡說明凸透鏡的焦距與透鏡的外凸程度有關(guān)

圖3

(1) 在水透鏡中注入適量的水,用一束平行光沿水透鏡的主光軸射向水透鏡,以白色墻壁為背景,調(diào)整平行光源的入射角度,直至墻上出現(xiàn)如圖3所示的光路,圖中光線的相交點(diǎn)即為水透鏡的焦點(diǎn).測出焦點(diǎn)到透鏡中心的距離為f1,即為水透鏡的焦距.

(2) 在上述第1步的基礎(chǔ)上,用注射器從水透鏡中往外抽出適量的水,使水透鏡的凸起程度變小,再測出此時水透鏡的焦距為f2,如圖4所示.

(3) 在上述第1步的基礎(chǔ)上,用注射器朝水透鏡中再注入適量的水,使水透鏡的凸起程度變大,再測出此時水透鏡的焦距為f3,如圖5所示.

圖4

(4) 比較f1、f2、f3的大小,結(jié)果發(fā)現(xiàn)f3

3 利用水透鏡模擬人眼的晶狀體

(1) 用F形發(fā)光字母代表成像物體(以下簡稱物體),如圖6所示.

(2) 將物體、水透鏡(模擬人眼的晶狀體)及光屏(模擬人眼的視網(wǎng)膜)置于光具座上,并調(diào)整三者的高度使它們的中心在水透鏡的主光軸上.

(3) 保持水透鏡的位置不變,將物體置于水透鏡的兩倍焦距之外,調(diào)整光屏的位置,直至光屏出現(xiàn)物體清晰的像,如圖7所示.

圖6

(4) 保持水透鏡和光屏的位置不變,將物體靠近水透鏡,觀察到光屏上的像變得模糊不清,此時用注射器往水透鏡中注入適量的水,發(fā)現(xiàn)屏上的像又變清晰了,用此來模擬人眼看近處物體的情況,如圖8所示.

(5) 保持水透鏡和光屏的位置不變,將物體遠(yuǎn)離水透鏡,觀察到光屏上的像變得模糊不清,此時用注射器從水透鏡中抽出適量的水,發(fā)現(xiàn)屏上的像又變清晰了,用此來模擬人眼看遠(yuǎn)處物體的情況,如圖9所示.

圖8

4 利用水透鏡演示近視眼的成因和矯正方法

① 將F形發(fā)光字母(以下簡稱物體)、水透鏡和光屏依次放在光具座上,其中水透鏡模擬人眼的晶狀體,光屏模擬人眼的視網(wǎng)膜.

② 調(diào)節(jié)物體、水透鏡和光屏的高度,使它們的中心都在水透鏡的主光軸上.

③ 保持物體的位置不變,調(diào)整水透鏡和光屏的位置,使得光屏上成物體倒立縮小的實(shí)像.如圖10所示.

④ 保持物體、水透鏡和光屏的位置不變,用注射器往水透鏡中注入適量的水,使得水透鏡的凸起程度變大(焦距變短),可看到光屏上的像變得模糊不清.如圖11所示.

圖10

⑤ 此時若將光屏向靠近水透鏡的方向移動適當(dāng)距離,則可看到光屏上的像又變得清晰起來,說明近視眼的晶狀體比正常眼的要突起一些,成像在視網(wǎng)膜的前方.

圖12

⑥ 保持物體和水透鏡的位置不變,將光屏仍然右移到④中所在的位置,此時用一個焦距合適的凹透鏡置于水透鏡的左側(cè),結(jié)果看到光屏上的像又變得清晰起來,如圖12所示.說明凹透鏡的作用是使像相對于水透鏡(晶狀體)向后移,因此,近視眼要佩戴適當(dāng)度數(shù)的凹透鏡進(jìn)行矯正.

5 利用水透鏡演示遠(yuǎn)視眼的成因和矯正方法

① 將F形發(fā)光字母(以下簡稱物體)、水透鏡和光屏依次放在光具座上,其中水透鏡模擬人眼的晶狀體,光屏模擬人眼的視網(wǎng)膜.

② 調(diào)節(jié)物體、水透鏡和光屏的高度,使它們的中心都在水透鏡的主光軸上.

圖13

③ 保持物體的位置不變,調(diào)整水透鏡和光屏的位置,使得光屏上成物體倒立縮小的實(shí)像.如圖13所示.

④ 保持物體、水透鏡和光屏的位置不變,用注射器從水透鏡中抽出適量的水,使得水透鏡的凸起程度變小(焦距變長),可看到光屏上的像變得模糊不清.

⑤ 此時若將光屏向遠(yuǎn)離水透鏡的方向移動適當(dāng)距離,則可看到光屏上的像又變得清晰起來,說明遠(yuǎn)視眼的晶狀體比正常眼的要扁平一些,成像在視網(wǎng)膜的后方,如圖14所示.

圖14

⑥ 保持物體和水透鏡的位置不變,將光屏仍然右移到④ 中所在的位置,此時用一個焦距合適的凸透鏡置于水透鏡的左側(cè),結(jié)果看到光屏上的像又變得清晰起來,如圖15所示.說明凸透鏡的作用是使像相對于水透鏡(晶狀體)向前移,因此,遠(yuǎn)視眼要佩戴適當(dāng)度數(shù)的凸透鏡進(jìn)行矯正.

通過這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),使學(xué)生對正常眼如何通過調(diào)節(jié)晶狀體的厚薄來看清遠(yuǎn)近不同的物體、近視眼和遠(yuǎn)視眼的形成原因及矯正方法等問題能夠徹底理解,從而達(dá)到了很好的教學(xué)效果.