观察凸透镜成像的正确方式

摘要

在凸透镜成像实验中，通过系统比较不同观察方式下光屏成像的特点，提出科学有效的观察方法。实践表明，学生唯有采用观察的正确方式，才能使实验现象与理论知识形成有效互证，既能提升物理学习成效，又能通过实践环节提升科学探究素养，最终促进物理学科核心素养的发展。

Graphical abstract

关键词

观察 / 凸透镜 / 成像 / 正确方式

物理学是一门实验学科，不仅强调知识的学习与运用，还注重运用科学探究的方法。在物理教学中，科学观察、实验探究等手段的运用，能够培养学生的科学思维能力，发展其学科核心素养^［1］。

1 提出问题

凸透镜成实像时是倒立的，我们从光屏上观察时看到的像有什么特点呢？是上下左右颠倒的吗？

针对问题，笔者列举上海闵行区物理八年级期末统考卷的第14题：在探究“凸透镜成像规律”的实验时，小明将“F”光源从近处逐渐远离凸透镜，并移动光屏找到清晰的像。当F光源到凸透镜的距离小于一倍焦距时，小明可以观察到图（图1）中（选填编号）所示的像，这与（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）的工作原理相同。当“F”光源移到某一位置时，小明可在光屏上观察到图中（选填编号）所示的像。

2 分析问题

笔者重点讨论最后一个填空题。原卷的参考答案给的是①，粗略想一下，这个答案好像是对的。但是，请看如图2所示的两张实验图。

该实验选择的光屏，是可以透光的磨砂玻璃。图2-a是从光屏往光源方向观察时在光屏上看到的现象，这是光透过磨砂玻璃光屏后在光屏上观察到的像，与答案①相同。图2-b是从光源往光屏方向观察时看到的现象，此现象与答案④相同。为什么会出现不同的现象？整体观察到的实验现象如图3所示；如果按箭头所示方向转动光源和光屏，就会看到如图4所示的现象。

比较以上现象，可以明白：图2-a中像和物本来就是平行的，放到同一平面上，二者相对位置未发生改变，所以和答案①相同；对于图2-b中观察到的现象，则由图3和图4的对比可知，当把它们放到同一个平面比较时，实际上相当于各自发生了转动，其根源是观察者面对光源和面对不透明光屏时要转动身体所导致的。

显然，要准确描述观察到的凸透镜成实像时光屏上的像的特点，必须说清楚观察方向才能得出准确的答案。如本题所问，其实两个答案都是合理的。这个问题促使笔者进一步思考，怎样才是观察凸透镜成像的正确方式？其实，所谓观察凸透镜成像，是指用眼睛透过凸透镜直接观察物体，看到的是什么现象，成像就具有什么特点。

之所以在实验中要用到光屏，是为了在教学中便于更多的学生观察光屏，从而看到清晰的物理现象。图5就是不用光屏而改用眼睛透过凸透镜直接观察发光体所看到的现象，由图可以清晰地看到——成的像确实是上下左右都颠倒的实像。因此，笔者建议教材应明确指出观察凸透镜成像的正确方式是透过光屏往光源方向观察到的现象，且此处光屏应该以透光的磨砂玻璃为宜。

3 结语

学生在实验操作中，只有采取正确的观察方式，才能将实验现象与已掌握的理论知识联系起来。实践证明，实验观察的正确方式能够帮助学生明晰并深入理解物理概念或规律，启发其思维，提高其物理学习的质量，强化其实验探究能力和质疑创新能力，从而达到提高其学科核心素养的教学目标。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育物理课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.