探究“猫眼”的成像特点

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1、探究“猫眼”的成像特点　　背景一在上完透镜后，班级里一个成绩比较好学的学生小A拿出课外辅导书上一道题目问我，题目是这样的：　　为了防盗，在门上装上一个“猫眼”，使屋内的人能看清屋外的人是一个正立缩小的像，根据这一现象，“猫眼”应该是　　A.凸面镜B.凹面镜C.凹透镜D.凸透镜　　小A：老师，这道题目参考答案选C，也只能选C，可是我仔细观察了我家里的“猫眼”，发现从家里向外面看的时候，外面的人是一个正立缩小的像，但从外面看家里时，却什么也看不到，而凹透镜不管从哪面看都能看到正立缩小的像，这是什么原因呢？　　这的确是一个比较好的问题，如果直接告诉他

2、答案，不能够进一步调动他学习的积极性，而且“猫眼”的原理不是一句话两句话就能够说清楚的，更何况透镜的组合――望远镜和显微镜――的内容还没有学习，于是我决定先不给他答案，让他带着问题继续学习.我当时是这样回答的.　　老师：你的问题提得非常好，老师也曾经有过类似的疑惑，后来解决了，你不妨先预习一下下面的内容，或许能够找到答案.　　小A对我的回答显然不太满意，带着疑惑回去了.　　背景二在上完《光的折射透镜》内容后，评讲本章习题时又遇到一道题目：5　　许多家庭防盗门都有猫眼，从室内透过猫眼往外看，可以看到正立的缩小的像，猫眼相当于　　A.凸透镜B.凹透

3、镜C.三棱镜D.玻璃砖　　显然答案仍然选凹透镜，这时小A再次提出他的疑惑，显然他还没有找到答案，而班里大部分见过猫眼的学生开始躁动起来，觉得老师讲的题目有问题，班里大部分同学在小声地议论着.　　我觉得不解决这个问题，势必会打击他们学习物理的积极性.但如何让大部分同学真正地理解猫眼的结构，激发他们学习物理的兴趣，体会科学家探究物理规律的过程，于是我决定设计一节探究猫眼结构的实验探究课.　　教学设计考虑到初二学生知识主要来源于感性认识，不可能深入到理论高度（即用三条主要光线画成像特点），我特地购买了一些猫眼，并且每个实验小组分别准备两个焦距不同的凸

4、透镜和凹透镜（焦距分别是5cm，10cm），一个光具座（便于调节透镜的距离）.　　首先我让学生猜想可能的情况，学生的猜想有：　　猜想1：一个凸透镜　　猜想2：一个凹透镜　　猜想3：两个凸透镜　　猜想4：两个凹透镜　　猜想5：一个凹透镜，一个凸透镜，凹透镜焦距大，凸透镜焦距小　　猜想6：一个凹透镜，一个凸透镜，凹透镜焦距小，凸透镜焦距大5　　然后我让学生观察猫眼，学生除了看到正常家里所见到的情况，还发现，当外面的人靠得很近时，可以成正立放大的像.根据观察到的现象，我让学生接着验证上面的猜想.并且强调，如果是两个透镜，透镜的距离不能太大，不超过5c

5、m，这与猫眼两个透镜间距较小有关.　　对于猜想1，学生很快就否定了，因为凸透镜成像规律他们基本熟悉.　　猜想2很快也被否定，因为不管你怎样移动凹透镜，始终是正立缩小的像，并且换一面看仍然是正立缩小的像.　　猜想3，学生思考后，答案很快揭晓，猫眼不可能是这个结构.当目镜焦距大物镜焦距小时，调到清晰的像，像是倒立放大的，这正是显微镜的成像特点.当目镜焦距小物镜焦距大时，调到清晰的像，像是倒立缩小的像，这正是开普勒望远镜的成像特点.　　猜想4被否定得也比较快，当两个凹透镜叠加时，像更小，而且不管是目镜焦距大，还是焦距小，都是类似的成像特点.　　猜想5

6、，当目镜是凹透镜时，可以得到正立放大的像，当目镜是凸透镜时，可以得到正立缩小的像，并且当两个透镜间距离在一定范围内改变，像的大小也会发生变化.这正是伽利略望远镜的成像特点，也是生活中的望远镜的成像特点.猜想5被否定.　　最后只剩下猜想6，学生已大致找到移动的窍门，最后的结论是当目镜是凸透镜时可以得到正立缩小的像，当目镜是凹透镜并且透镜间距离不超过5cm时，不能成像.这就是猫眼的成像特点.　　当学生通过自己探究得出猫眼的结构，他们的心情不亚于哥伦布发现了新大陆，我想我的效果也达到了.　　最后我在班级的宣传板贴上了关于猫眼的光学原理：“猫眼”5是由

7、一个凹透镜和一个凸透镜组成，物镜是凹透镜，目镜是凸透镜，但物镜的焦距较短，目镜的焦距离较长，且目镜的焦距应等于或大于物镜与目镜的距离（猫眼的长度）和目镜的焦距之和.当我们从门内向外看时，物镜是凹透镜，目镜是凸透镜.物镜的焦距极短，它将室外的人或物成一缩得很小的正立虚像，此像正好落在目镜的第一焦点之内，目镜起着放大镜的作用，最后得到一个较为放大的正立虚像，此像恰又成在人眼的明视距离附近，对于门外的情况，就看得清楚了.其光路图如图1所示.　　那么，同样通过此“猫眼”，为什么从门外向里看（倒看）时，却什么也见不着呢？　　在倒看时，凹透镜变成了目镜，凸

8、透镜则成了物镜，室内的景物，通过会聚透镜后的折射光束本应生成倒立的实像，但在尚未成像之前就落到发散的凹透镜上，由于焦距极短，最后得到的正立虚像距目镜很