如何利用图像呈现物理规律

  帮助学生突破学习中的难点问题  

  引言：学生学习中的难点，也是教师教学中的关键点。怎样突破难点，是广大师、生最为关心的热点。本文结合“凸透镜成像规律”的教学，比较详细具体的介绍了一种利用“图像”突破难点的方法，不仅使学生能轻松、快速地学会并应用“凸透镜成像规律”这一知识点，同时能使学生掌握图像法在物理解题中的妙用，亲身感受到物理的神奇与奥秘，激发学习动力。

正文：

     在2011年版新制定的初中物理课程标准“科学内容”中明确要求：“探究并知道凸透镜成像的规律，了解凸透镜成像规律的应用。（了解凸透镜成像规律在放大镜、照相机、投影仪中的应用，了解人眼成像原理，了解近视眼和远视眼的成因与矫正方法）”。在成都市近几年的中考题中，都涉及到关于“凸透镜成像规律”的实验探究及应用，如：成都市2007年中考题A卷第15题，成都市2008年中考题B卷第1题，成都市2009年中考题B卷第1题，成都市2010年中考题B卷第3题，成都市2011年中考题B卷第4题，成都市2012年中考题A卷第26题。

“凸透镜成像规律”是初中物理学习的重点之一：是因为凸透镜成像规律是照相机、投影仪、放大镜的工作原理，是学习近视眼、远视眼的成因及矫正等知识的基础，若学生能理解并掌握“凸透镜成像规律”，则能在后续的学习中如鱼得水，灵活应用，提高分析问题和解决问题的能力，激发学习的兴趣。

“凸透镜成像规律”是初中物理学习的难点之一：是因为尽管学生亲自动手参与完成了这一实验，但这一实验涉及到实像虚像、放大缩小、正立倒立，头绪较多，现象纷繁，由于学生对实验过程的抽象概括受到思维上的限制，难以把握物理规律的实质。虽然在《物理教科书》和一些教辅资料中将“凸透镜成像规律”进行了归纳总结，但学生没有内化理解，而是将这些文字死记硬背，不会灵活应用。

物理图像种类繁多，利用物理图像描述物理过程、展示物理规律、揭示物理问题是物理学重要的研究方法之一。物理图像具有“形象直观、动态变化清晰，能把复杂的物理问题简单明了”的特点。在多年的初中物理教学中，我逐步尝试摸索出一种利用物理图像来解决这一难点问题的方法：将“凸透镜成像规律”的实验过程，抽象概括为简单的“图像”，使复杂的实验过程变得清晰、直观，此“图像”可以在以后的学习中反复多次的呈现在学生面前，使抽象的物理规律变得形象生动、触目可及。

1、传统教学模式所存在的问题。

按照传统的教学模式，教师一般会根据实验数据，引导学生归纳出如“表一”所示的“凸透镜成像规律”，要求学生理解、记忆并应用。

表一   凸透镜成像规律（一）（静态）

物距u

像距v

物像的位置

u、v大小关系

像的性质

应用

倒、正

大、小

虚、实

u>2f

f<v<2f

异侧

u>v

倒立

缩小

实像

照相机

u=2f

v=2f

异侧

u=v

倒立

等大

实像

测焦距

f<u<2f

v>2f

异侧

u<v

倒立

放大

实像

投影仪

u=f

不成像

u<f

同侧

正立

放大

虚像

放大镜

在教学中发现实际效果却很差，虽然学生亲眼目睹了各种成像情况，但由于“表一”中成像情况较多，学生很容易“张冠李戴”，既使记住了“表一”的内容，解题时也不知从何下手，理论不能联系实际。在多年的初中物理教学中，这种情况屡见不鲜。

2、打破常规，利用物理图像，阐明物理规律

     物理规律可以用文字来描述，也可以用图像来描述，而利用图像描述物理规律具有形象、简明的特点，由此达到化难为易、化繁为简的目的。我利用简捷的图像将“凸透镜成像规律”表示出来。

                               凸透镜

图一

其中A、B、C、D、E、F分别表示同一物体由远及近分别在凸透镜左侧的不同位置，A，、B，、C，、E，、F，分别表示物体放在A、B、C、E、F位置时，所成像的位置和像的虚实、大小、倒正（其中A、A，、C、C，的关系可用光路可逆将它们联系起来），这样就将纷繁复杂的实验过程抽象、概括为简捷的图像再现在学生的眼前，生动形象，历历在目。在此基础上引导学生自己归纳出“表一”的内容，并要求学生先理解“图一”再联想“表一”的内容，避免学生死记硬背，不会应用物理规律。

3、 利用物理图像，解决物理难题，掌握物理规律

物理图像不仅表达清晰，而且直观形象，可使解题过程简化，起到比分析法更巧妙、更灵活的效果。在解题中引导学生运用“图像”，使学生学会用“图像”表示物理过程和规律的方法，提高分析问题和解决问题的能力。

例如：“在放学回家的路上，张悦对李丹同学说：我在研究凸透镜成像规律的实验中，发现物体距透镜30cm时，在距透镜10cm的光屏上得到一个清晰的像。李丹根据张悦的描述，得到以下结论，你认为李丹得出的结论中，错误的是（  ）

A、此像一定是缩小的。          B、此像一定是正立的

C、此像一定是实像。            D、此凸透镜的焦距可能是7.5cm  ”

     此题已知条件较少，没有告知凸透镜的焦距是多少，若在学生的大脑中不能抽象、概括“凸透镜成像规律”，则解题时很容易出错，增加了解题的难度。而利用“图一”来解此题则非常清晰直观，完全可由学生来完成作图、讲解：因为“光屏上得到一个清晰的像”一定是实像，并且物距大于像距，由题意可得到如“图二”所示的图像：

凸透镜

图二

由此可知：光屏上的像是倒立缩小的实像，f<10cm，所以B错误。这样解题思路非常清晰，突出了解题的物理思维，简明扼要。

例如：“一个物体放在凸透镜前时，在凸透镜的另一侧距离透镜20cm的光屏上得到一个清晰的放大的物体的像，若把物体移至透镜前20cm处，为了仍能在透镜另一侧的光屏上得到清晰的像，则光屏的移动方向和所成像的大小为：（   ）

A、 光屏靠近透镜，成缩小的像。  B、光屏靠近透镜，成放大的像

C、光屏远离透镜，成放大的像     D、光屏远离透镜，成缩小的像”

按照传统的解题方法，利用“表一”的内容完成此题比较困难，而利用“图一”表示的“凸透镜成像规律”的图像，使此题变得一目了然，物理过程跃然纸上，解题思路清晰可见。如“图三”：物体由A移到B，所对应的像由A，移到B，

凸透镜         图三

这样很容易就得到答案A，利用图像解决物理难题，具有形象直观、动态变化清晰的特点，能使物理问题简化明了。要使学生学好物理，很重要的一点就是“创设物理情景，搞清物理过程”，而利用图像来解题，正是突出了这一点，有利于学生从小养成良好的思维习惯。

   3、利用图像拓展知识，增加知识的深度与广度

在“图一”的基础上，引导学生将“凸透镜的成像规律”加深拓展：由“图一”中的A、B、C和E、F几种成像情况，可进一步归纳出：

表二     凸透镜成像规律（二）（动态）

像的虚实

物距u的变化 

像距v的变化

像的大小变化

实像

U  变大

V  变小

像变小

U  变小

V  变大

像变大

虚像

U  变大

像变大

U  变小

像变小

（物体成虚像时像距的大小，对学生来说理解有一定难度，可以不给学生引入）

在“表二”中关于“凸透镜成像规律”的文字描述，要结合“图一”才有意义，离开了“图像”，这些文字将变得枯燥乏味。有的学生之所以不会运用这一规律，正是将文字与图像分离开来，使这些文字失去了“活力”，黯然失色。

例如：“用照相机拍摄集体照片时，人的位置站好后，发现有些人没有进入“画面”，那么应采取的措施是（   ）

A、 照相机离人近一些，将镜头与胶片的距离调小一些。

B、 照相机离人近一些，将镜头与胶片的距离调大一些。

C、 照相机离人远一些，将镜头与胶片的距离调大一些。

D、 照相机离人远一些，将镜头与胶片的距离调小一些。”

有的学生在解题时不能联系实际，误以为“要使人全部进入画面，像要大一些”。教师可拿出两张大小一样分别拍摄近景和远景的照片让学生观察，使学生明白“拍摄范围”与“像的大小”的关系：“要使人全部进入画面，每个人的像都应比原来更小一些”。在此基础上，应用“图一”和“凸透镜成像规律（二）”，可得到该题的成像情况如“图四”：物体的位置由A移到B，所对应像的位置由A，移到B，，由于每个人的像都比原来更小一些，这样可以使更多的人进入“画面”

凸透镜         图四

     像变小，像距v变小，物距u变大，很容易得到答案D

例如成都市2011年中考题B卷第4题：

“一天，小聪告诉小亮，放大镜不仅可以把物体放大，还可以把物体缩小。有些惊讶的小亮立刻找来一个放大镜做实验。他把放大镜放到花朵前某一位置时，看到了如“图五”所示的花朵正立放大的虚像，接着他按小聪的提示进行了操作，终于看到了缩小的花朵。关于小亮看到放大花朵后的操作及他看到的缩小花朵，下列说法正确的是（   ）

A、 向靠近花朵方向移动放大镜，看到的是花朵的正立缩小的虚像。                                    图五

B、 向靠近花朵方向移动放大镜，看到的是花朵的倒立缩小的实像。

C、 向远离花朵方向移动放大镜，看到的是花朵的正立缩小的虚像。

D、 向远离花朵方向移动放大镜，看到的是花朵的倒立缩小的实像。

只要学生在解题时勤于动笔，善于动脑，利用“图一”很容易画出此题的成像情况，如“图六”所示，解题思路清晰，问题迎刃而解：（答案D）

“花朵由A到B相对凸透镜向左移动”等效于“花朵不动，透镜向右远离花朵”

图六

    图像法是解决物理问题的重要手段，要善于引导学生进行识图、建图、用图的训练，努力提高学生运用图像解决物理问题的能力。运用图像解决物理问题的深层意义在于可以启迪学生的创新意识，提高学生的综合能力，培养学生严谨求实的科学态度。