光学中有关小孔成像实验的疑问与讨论

来源 :中学物理·初中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fw1989
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  初中物理光学部分是近几年中考的热点,同时也是难点.考试中所涉及的题目抽象,题意晦涩,学生疑问重重,学生普遍感到难以下手.但这对老师来说也是一个好的题材,老师可以充分利用这些题材,结合教学,引导学生提出质疑,激发学生的兴趣,让学生充分思考与讨论,从而达到增长知识、锻炼学生思维能力的效果.现结合小孔成像的问题谈谈自己在教学中的处理.
  问题 小孔能成像,大孔为什么不能成像?
  分析与讨论 人教版八年级物理教材中的小孔成像实验,学生在学习光的直线传播规律后比较容易理解和掌握该实验.若进一步提问 :小孔能成像,大孔为什么不能成像?绝大部分学生不能回答上来.要想弄清其中的理由,必须从小孔成像的原理说起,如图1所示,只有小孔比较小,小到只允许一束光(集中在一起的光束)穿过小孔,这样蜡烛A点发出无数条光中,只有一束光穿过小孔,在光屏上形成A点的像A′点,而且像点是唯一对应的.同样,蜡烛B点发出无数条光中也只有一束光穿过小孔,在光屏上形成B点的像B′点,以此类推,蜡烛在光屏上形成一个与此对应、清晰、倒立的实像.当小孔变大时,如图2所示,大孔可以分成几个小孔,蜡烛经过其中的一个小孔成一个像,有几个小孔就会在光屏上形成几个像,由于小孔的位置不同,像的位置也不同,错位叠加,形成轮廓模糊的光斑.由此可见,不是大孔不能成像,而是大孔形成很多像,这些像相互叠加,不完全重合,轮廓变得模糊不清,形成更大的光斑.
  例题分析 (2010年沈阳)夏天,太阳光经过树叶的空隙照在地面上会形成圆形光斑,这是由于光的[CD#3]形成太阳的像;又如,发生日偏食的情况,月球把太阳遮住了一部分,此时太阳光穿过茂密的树叶,在地面上形成的亮斑是
  A.月牙形的B.圆形的
  C.树叶形的D.小孔的形状
  这两道题都是小孔成像的问题,茂密的树叶之间空隙很小,穿过空隙的光束很细,太阳上每一点发出的光有无数多条,其中有一束穿过树叶间的小孔,在地面形成太阳发光点对应的像点,这样太阳每一点在地面上都有一个对应的像点,这些像点在地面上形成太阳清晰的像.
  延伸与拓展1 如果上题中树叶间空隙逐渐变大,又会在地面产生什么现象呢?
  分析与解答 当树叶间的空隙很小时,这时树叶间的空隙相当于小孔,根据小孔成像原理,地面上是一个太阳清晰的像;当小孔逐渐变大时,空隙的面积相当于几个小孔的面积时,这时相当于多个小孔成像,地面上形成多个太阳的像,这些像相互叠加,又不完全重合,形成轮廓模糊的光斑;在当小孔大到一定程度,并呈现一定形状时,这时,太阳光可以看成平行光,如图3所示,根据光的直线传播规律,平行光线可以穿过树叶间的缝隙,其他的光线却被树叶遮挡,地面上应形成与孔的形状一致,大小一样的亮斑.
  延伸与拓展2 小孔成像的试验中,不论小孔的形状如何改变,如圆形、三角形等,所成的像并不随小孔的形状改变而改变,这是为什么?
  分析与解答 保证小孔成像的前提条件是小孔足够小,小到小孔的形状可以忽略不计,这样穿过小孔的光束的粗细可以不计,可以看成一束光线,这时物体上的一点发出的无数光线中只有比较集中的一部分光线穿过小孔,由于小孔很小,光线比较集中,可以看做一束光线,在地面上形成一个与之对应的的像点,这样,发光物体上的每一点都有一个对应的像点,这些像点组成发光物体的完整清晰的像,由此可见,小孔所成像的形状与小孔的形状无关.
  总之,学生通过对小孔成像实验中的各种现象的不断质疑、思考、讨论,有了新的认识和收获,锻炼了思维能力.学起于思,思源于疑.大疑大进,小疑小进,不疑不进.有疑问才有思考,有疑问才有讨论,有疑问才会有新观点,新知识的建立.这就要求我们在教学中注重培养学生的质疑能力,在质疑中产生思想火花,增长知识,锻炼思维.
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