樹蔭下的基于小管理實驗教學探究

1非圓形光斑的形成原因學生們在校園的樹蔭下玩耍，發(fā)現地上有很多圓形和非圓形的斑點。通過了解小花蕾的成像，我們知道小花蕾的太陽應該是圓形的。為什么會出現圓形的斑點？這也刺激了學生的積極性。許多學生提出了許多問題并進行了實驗?，F在，典型的學生檢查過程如下。1)樹蔭下非圓形光斑的形成原因是什么?2)小孔成像與孔的形狀有關嗎?3)小孔成像與孔的大小有關嗎?4)小孔成像與物距有關嗎?5)小孔成像與像距有關嗎?2光屏透明膠結合所學物理知識,讓學生自己動手,利用廢舊的食品筒,制作小孔成像儀.其步驟如下.1)將食品筒的蓋去掉,套上半透明的電冰箱用的保鮮袋紙作為光屏,如圖1(a)所示.2)在筒的底部圓心位置刺一較大的孔.3)在塑料薄片的中心位置刺大小不同或形狀不同的小孔作為插片.根據實驗的需要,用透明膠將插片罩住筒的刺孔的位置.4)將2個圓筒組合起來,制成可以拉伸、能調節(jié)像距的小孔成像儀,如圖1(b)所示.3集體研究3.1研究非圓形光斑形成的原因3.1.1假設假設1)非圓形光斑可能是由于小孔離地面太近造成的.2)非圓形光斑可能是由于小孔太大造成的.3.1.2圓形光斑的形成1)在地面上固定一張傾斜放置的白紙板作為光屏,使太陽光正對白紙板.2)讓太陽光穿過邊長為2mm的正方形小孔插片,移動插片,在光屏上看到圓形的光斑.3)讓插片逐漸靠近光屏,發(fā)現在光屏上所成的光斑由圓形慢慢變成方形;測出恰好在光屏上由圓形變成方形或由方形變成圓形時,插片離光屏的距離s,s稱為小孔成像的臨界值.4)保持插片離光屏的距離s不變,逐漸增大方形孔,即替換其他的6張插片,發(fā)現光屏上所成的光斑由圓形變成方形.5)再分別測出其他6張插片(邊長分別為3,4,5,6,7,8mm)的臨界值s.3.1.3插片到光屏的距離比由表1中數據分析可知:當小方孔的邊長一定時,若插片到光屏的距離大于或等于臨界值時,光斑是圓形;而當插片到光屏的距離小于臨界值時,光斑開始變成方形;當小方孔的邊長增大時,小孔成像的臨界值也將大幅度地增大,即出現非圓形光斑的原因是插片到光屏的距離小于臨界值.這就有2個可能:一是由于小孔離地面太近造成的;二是由于小孔太大造成的.所以,本研究的2個假設都是正確的.將實驗記錄的數據作適當的修改,即將表中臨界值的小數部分去掉,分別為16,36,64,100,144,196和256cm,就可以找出小方孔的邊長a與臨界值s之間的關系:s=400a2.從這個關系不難看出:小孔成像的條件是臨界值s遠大于小方孔的邊長a.3.2孔的形狀與孔的形狀有關3.2.1假設假設1)可能圓孔所成的像最清晰.2)可能與孔的形狀無關.3.2.2昌閣光屏上的像1)學生在晚上用小孔成像儀觀察揚州市的文昌閣在光屏上的像.2)再用其他4張插片觀察,控制物距u、像距v都一定,使看到的像清晰為止.3)比較像的清晰度、顏色、正倒.3.2.3像與孔的形狀無關小孔成像與孔形狀關系的實驗記錄見表2.由表2中信息可知,在物距、像距都相同的情況下,小孔所成像的清晰度、顏色、正倒情況也都相同.所以,本研究的假設2正確,即小孔所成的像與孔的形狀無關.3.3研究了孔成像與孔大小的關系3.3.1孔徑大小對成像的影響1)小孔越小,成像可能越清晰、且像越亮.2)小孔越小,成像可能越清晰、但像越暗.3)小孔越大,成像可能越清晰、且像越亮.4)小孔所成的像與孔的大小無關.3.3.2光昌閣像:“像.像.像”或像“像.像”.或像“像.像.像.像2.1)用小孔成像儀觀察遠處文昌閣在光屏上的像,并測量物距u和像距v.2)再用其他6張插片控制物距一定,觀察遠處文昌閣在光屏上的像.3)比較像的清晰度和明暗.3.3.3孔徑大小對成像的影響小孔成像與孔直徑d關系的實驗數據見表3.由表3中信息可知,小孔的大小對成像有影響,小孔越小,成像越清晰,但像越暗,說明假設2正確,孔徑越大,像越模糊,但像越亮.孔徑取1.5~2.5mm為宜,孔徑為2mm最佳.3.4研究開口圖像與物體距離之間的關系3.4.1假設假設1)物距越大,成像可能越清晰、且像越大.2)物距越大,成像可能越模糊、且像越小.3)物距越大,成像可能越模糊、且像越小.3.4.2光昌閣像的測量和測量物距,像距.2—設計實驗1)用小孔成像儀觀察文昌閣在光屏上的像,測量物距和像距.2)保持像距不變,改變物距,觀察遠處文昌閣在光屏上的像.3)比較像的清晰度和大小.3.4.3物距大小對成像的影響測量小孔成像與物距關系的實驗數據如表4所示.由表4中信息可知,物體離小孔的距離越大,成像越小,像越模糊,說明假設2正確,即像距一定,物距越大,像越模糊,像越小;物距越小,像越清晰,像越大.3.5小型圖像與圖像距離的關系3.5.1假設假設1)像距越大,成像可能越大、越暗、越不清晰.2)像距越大,成像可能越大、越亮、越清晰.3)像距越大,成像可能越小、越亮、越不清晰.3.5.2設計實驗1)用小孔成像儀觀察文昌閣的像,并測量物距和像距.2)保持物距不變,改變像距,觀察文昌閣在光屏上的像.3)比較像的清晰度和大小.3.5.3光屏離小鼠的距離測量小孔成像與像距關系的實驗數據如表5所示.由表5中信息可知,光屏離小孔的距離越小,成像越小、越亮、越不清晰,說明假設1正確,即物距一定,像距越大,像越大、越暗、越清晰;像距越小,像越小、越亮、越不清晰.4交流評估各個小組的同學將探究“小孔成像”的過程進行交流與評估.4.1圖像條件像距的臨界值s遠大于圓孔的直徑d或正方形孔的邊長a.4.2利用應力的方式檢查所測問題1)發(fā)現了小方孔的邊長a與臨界值s之間的數學關系:s=400a2.2)加深了對“小孔”內涵的理解.原來的認識是小孔成像的條件是孔要足夠小;現在的理解是這個“小”是相對于孔到光屏的距離而言的.所謂小孔,指的是孔的邊長或直徑遠小于孔到光屏的距離(像距).舉個例子:若方孔的邊長為10cm時,這個孔應該不小了吧,如果該孔到光屏的距離大于40m時,也能成太陽圓形的像,這個邊長為10cm的方孔也應該叫小孔.3)在用小孔成像儀觀察揚州市標志性建筑——文昌閣時,可粗測文昌閣的高度.只要在觀察時,使文昌閣的頂和底恰好在光屏的上下端,就保證文昌閣像的高度為圓屏的直徑D,由于在原來的探究測量中,已經測出了物距u,像距v,根據相似三角形對應邊成比例的性質,可以求出文昌閣的高度h=uD/v.4)對小孔成像儀作適當改進,加快門,將半透明的光屏用感光膠片代替,這樣就制成了針孔照相機.4.3觀察時的要求學生選擇觀察者一般在犯罪學校的時間上.1)觀察的物體必須