[發明專利]探究凸透鏡成像規律的方法

在審

• 申請號: 202110166223.5
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112950745A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 李紅梅;汪海寧;樊小莉;黃麗
• 申請（專利權）人: 云南師范大學
• 主分類號: G06T11/20
• 分類號: G06T11/20;G06F16/28;G09B5/00;G09B23/22
• 代理公司: 昆明祥和知識產權代理有限公司 53114
• 代理人: 馬汝蘭

本發明公開了一種探究凸透鏡成像規律的方法，將實驗數據輸入電腦，運行凸透鏡成像規律探究軟件完成；所述探究軟件包括圖示、繪圖、繪制光路和虛擬實驗四個模塊；圖示模塊向學生演示說明圖示的繪制；繪圖模塊將存入excel表中的數據繪制成圖示；繪制光路模塊在實驗數據的基礎上繪制當前物距下成像的理論位置；虛擬實驗模塊以幾何線條的形式表現凸透鏡成像的規律；凸透鏡成像規律探究軟件自動讀取實驗數據并將物距、像距、像高相關數據繪制成圖示，并繪制等高線、標注物像對應關系；還可繪制光路圖并進行仿真。本發明所述方法操作簡單、圖示結果直觀，能呈現凸透鏡成像連續變化的復雜、完整的過程，形象生動，教學效果好，利于培養學生的探索興趣。

技術領域

本發明涉及一種中學物理教學方法，尤其涉及一種中學物理教學中學生自主探究凸透鏡成像規律的方法。

背景技術

凸透鏡成像規律的探究在中學物理屬于教學較為困難的實驗。一方面，凸透鏡成像規律的探究實驗常以驗證性實驗方式展開，存在“偽探究”之疑點，即在教學中更多的是教師告訴學生怎么實驗、如何分析數據、得出結論。首先，教師在引導學生探究凸透鏡所成像與物體大小關系時就引入焦距，讓學生在實驗時把光源移到“u2f、u＝ 2f、2fuf、u＝f、uf”的位置去觀察凸透鏡所成的像，記錄數據；其次，在引導學生分析數據時，選擇物距等于2倍焦距的位置作為區分點通常是由教師提出，但為什么選擇2倍焦距，并沒有說明來由。上述做法實際上是把結論作為已知條件，更多的是讓學生去驗證凸透鏡的成像規律或在教師示范下完成測量的環節，而不是讓學生自己去探索，削弱了學生自主探究的成分，不利于科學精神的培養。

另一方面，學生缺乏方便適用的有效方法去分析探究凸透鏡成像規律的實驗數據。探究凸透鏡成像規律的實驗中需要記錄的內容繁多，既有定量的數字記錄，也有定性的文字描述。學生初次遇到這種類型的實驗數據，難以采取合理、有效的方法去處理。在實際教學中讓學生分析數據時，一部分學生會模仿之前處理實驗數據的方法，將物距、像距相乘除或加減，或者僅能簡單的描述物距與像距的關系，很難完整地得出凸透鏡成像的規律。

教學中老師們常用的方法是采用實驗數據直觀化的方式，將單調抽象的數據轉化為“圖示”，以解決凸透鏡成像規律實驗數據分析難的問題。具體做法為：用“↑”表示物和像，用向上的箭頭“↑”和向下的箭頭“↓”分別表示像的正、倒，用“↑”的長短表示物和像的大小。不可否認，該方法確實在一定程度上可以解決凸透鏡成像實驗數據繁雜的問題，使其變得相對簡單。但觀察實驗中所記錄的數據表格發現，在實驗過程中僅采用“大小”來描述像的性質，沒有定量地測量像的實際大小，導致在畫圖示的過程中難以準確描述像的大小性質，不利于將凸透鏡成像變化的趨勢表現出來。另外，課堂實驗探究過程中采用手工繪圖的方式，既不便于精確表征數據特征，還占用了太多時間，造成寶貴的課堂教學時間的浪費。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服目前凸透鏡成像規律教學中傳統數據處理方法過于粗糙、不能給學生呈現直觀的、連續變化的、性質復雜的完整的變化過程，探究效果不理想，以及用手畫圖浪費時間等問題，提供一種占用時間少、容易操作、直觀生動、利于培養學生探索興趣的自主探究凸透鏡成像規律的方法。

為了解決以上所述技術問題，本發明所述探究凸透鏡成像規律的方法，在教學電腦里安裝凸透鏡成像規律探究軟件，將探究凸透鏡成像規律的實驗數據輸入電腦，運行所述凸透鏡成像規律探究軟件完成；

所述凸透鏡成像規律探究軟件包括圖示模塊、繪圖模塊、繪制光路模塊和虛擬實驗模塊；所述圖示模塊可向學生演示說明圖示是如何繪制出來的以及圖示特征與對應測量數據間的關系，如何處理學生所測量和記錄的實驗數據；所述繪圖模塊可將存入excel表中的數據全部繪制成圖示；所述繪制光路模塊同在學生實驗數據的基礎上繪制當前物距下物體成像的理論位置；所述虛擬實驗模塊可以幾何線條的形式表現出凸透鏡成像的規律；