一组空气透镜的实验与制作

一组空气透镜的实验与制作

初中物理第二册“透镜”部分讲的是用玻璃磨制而成的透镜，其凸透镜对光线的会聚作用和凹透镜的发散作用都是对周围环境（空气）而言的。当把透镜看成由多个三棱镜叠加而成，其会聚和发散原理是以三棱镜使光线偏向它的底面引出的。为了使学生理解物理概念，使学生能灵活运用折射定律等知识，了解在不同实验条件下将产生不同的结果，为此浙江杭州市艮山中学陈欢庆老师设计了一组透镜和三棱镜的实验材料及制作方法，这样，通过实验的操作及制作过程训练，培养了学生的创造性思维和动手能力，同时也提高了学习物理知识的兴趣和教学效果。

1实验及操作过程

先把空心透镜用注射器加注清洁透明的水，使其成为“水凸透镜”。在透镜后面加一白屏，如图1所示，当平行光线经过透镜后，可以见到光线会聚在焦点上。

图1

图2

如果不在空心凸透镜内注入清水，那么它就成为“空气凸透镜”。

图3

如图2所示。把它放入一只用3－5mm厚的有机玻璃粘制成的扁形水箱中，当平行光线通过这个空气凸透镜时，可以发现光线并不会聚于焦点上，而是在白屏上观察到发散的光线。

图4

上述实验中如换成凹形空心透镜时，如图3所示，也同样往凹形空心透镜中加注清水，使其成为“水凹透镜”。当平行光线通过它时，可见到光线被发散。如果在凹透镜内不加清水而是空气，则成为一块“空气凹透镜”，同样把它置于透明水箱中，结果可以见到经过“空气凹透镜”后的平行光线将会聚于焦点上，如图4所示。

从以上实验的结果，可以推理出利用空心三棱镜进行实验后也能得出与常规实验相反的结果。如图5和图6所示。

图5

图6

综上所述，我们不能简单地作出结论说：凸透镜只能对光线起会聚作用，凹透镜只能起发散作用。而是要从具体的实验条件出发作出相应的判断。即透镜与另一种媒质比较时是光疏媒质还是光密媒质。

实验可以在暗室中进行，注意应把透镜靠紧白屏板。光源可以用12－24V的低压电源，灯泡功率为30－60W左右，白屏的一端安装一块带有三条或五条狭缝的光栅板，平行光线也要稍偏向光屏面，适当调节距离，可看到清晰的光路。

2具体制作

（1）透镜的制作。把2－3mm厚的透明有机玻璃板裁制成四小块，其尺寸为145×75mm2，然后用90℃以上的热水浸泡变软（也可用小电炉加热盆子），并迅速取出放在直径为200mm的圓柱形模型上（可用食品罐头），加一定的力把它压成圆弧形状，经过细砂轮机磨平后，用三氯甲烷（氯仿）作溶剂，逐块粘合，直至注入清水后，空心透镜的胶合处不漏水为止，并配上底座。

（2）透明水箱的制作。用有机玻璃制作适当大小的水箱，其中侧面一块用白色不透明的板，作为白光屏。为了增加牢度在四个角上可粘合加强条。

（3）三棱镜的制作，如图5、图6所示，把有机板截成50×20mm2的规格，然后分别把长边打磨成30°棱角。这样粘合后即成正三角形的空心棱镜了，当然两头还得相应封口，也配上底座。

（4）光栅板的制作。如图7所示，采用薄铁皮截130×150mm2规格，再在薄铁皮上开出相隔20mm的缝，缝宽为5mm，一共开出五条或三条即可满足实验要求。然后把它粘贴在水箱的一侧。

图7