凸透镜成像示教板的原理如图10.16-1所示。S是一个可以左右移动的物点;光线1平行于主轴,经凸透镜折射后通过焦点F2。光线2通过光心O,经凸透镜后方向不变。当物S左右移动时,光线2的倾斜程度随之变化。光线1是画在示教板上的。光线2是一根与光线1颜色相同的活动铁丝,铁丝穿过固定在光心的小羊眼圈,其一端与物的尖端铰接,见图10.16-2。这样当物移动时,铁丝(光线2)通过光心倾斜程度随物距而变。两条光线的交点即成像的位置S′,交点至光轴的距离就是像高。若物高取为一格,由像高的格数就能直接看出像的放大或缩小情况。交点在光轴以下说明像倒立,反之为正立。交点在透镜右边说明成实像,反之为虚像。当物移至P1,P2,P3,P4四个代表点时(u1>2f,u2=2f,f<u2<2f,u4<f),对应的像可以自动由灯光显示。其电路原理如图10.16-3。
【制作方法】
1.示教板正面如图10.16-4所示。裁一块66×36厘米2的三合板。刻去表示S1、S2、S3、S4、F1、F2及虚光线的箭头和线段。用透明有机玻璃板将刻出的空洞嵌补平整。并在其背后涂一层薄薄的红透明漆。在F1、F2、S1、S2、S3,S4及虚光线后面分别固定一个小灯泡(6伏)。在P1、P2、P3、P4点分别固定一铜皮作为电触点;方法如图10.16-5所示。
2.活动部件如图10.16-2所示,物用钢片或铁皮剪制。代表光线2的细杆用直径3毫米的铁丝制作。铁丝钻孔的一端先须敲扁些。滑轨用直径3毫米的铜丝弯制,要使细杆能绕物S尖端灵活转动,物S能沿滑轨移动,松紧适当。
3.木框:用端面为2×2厘米2的方木条做一矩形木框,外围尺寸与正面板相同。在一侧装上两枚接线柱(见图10.16-1)。
4.后盖板:照正面板大小裁一块三合板作后盖。
5.组装:把正面板固定在木框上用一张白纸平整地贴在正面板上,剥去触点表面的纸层,在纸上按图10.16-1画好格子并画出光线1和凸透镜符号,装上导轨和活动部件,物与触点应接触良好。然后在正面板后面按图10.16-3焊接电路。测试无误后打上后盖板,装好外线。油漆木框及活动部件。
【使用方法】
接通6伏电源,焦点F1、F2即亮,将物S拨至F1点,物距u>2f,缩小倒立的实像S1就自动显示出来。同理,当物移至P1、P3、P4时,对应的像S2、S3、S4都会自动显示出来。
编者提示:本自制教具可辅以“光学”部分的物理实验教学。
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