自制“水透镜”

伏桂贤

摘 要:为对目前中学物理光学教具进行创新与自制，将尽量采用日常生活中随手可得的物品进行水透镜的自制，通过控制水透镜中含水量的多少来调节水透镜中薄膜的凸起或凹陷程度，从而实现凹透镜、凸透镜、平面镜这三者之间的转换。

关键词：水透镜；自制教具；中学物理演示实验

目前中学物理教学对实验教学的要求逐年攀升，其中，对演示实验的要求更是有目共睹。科技飞速发展的现在，教学改革也在推进，导致原有的实验仪器已经不足以达到教学目的和要求，在一定程度上影响教学效果。教师在初中物理光学课程中的演示实验教学中，使用自制光学演示实验教具，提高学生学习的主动性，培养学生的科学探究精神。水透镜是采用我们日常生活中常见的物品所制作成的一种通过调节薄膜内含水量实现焦距的改变从而模拟人体眼睛，集操作简单、取材方便、成本低廉为一体，便于学生自制，在中学物理实验教学过程中能起到画龙点睛的作用的实验教具。

1. 自制水透镜

1. 使用材料

3d打印树脂材料主体一个、pcs手套一个、橡皮导管一段、注射器一支、橡皮帽一个、小螺丝三个。

2. 制作过程

首先设计出水透镜主体，通过3D打印技术打印出水透镜的主体，将pcs手套拉紧，作为水透镜的薄膜束缚在打印好的主体中后及时用螺丝将其固定在主体中，在固定pcs手套的过程中，必须将其绷紧到最大程度，因为水的重力会影响水透镜薄膜的凹凸程度。

在此之后将橡皮导管套入主体中相应部位，将注射器装满水，与橡皮管另一端相连，推动注射器向内注水，注水的过程中需要时刻关注薄膜内的水含量。在发现已经排出多余的空气以及确保薄膜内没有气泡后，将橡皮帽套进并套紧对应管口以平衡透镜内压强。此时，自制水透镜便制作成功了。

2. 自制水透镜的应用

1. 用水透镜模拟晶状体实验

针对“近视眼的成因及矫正”实验，在图1中，首先将透镜注入适量的水，排出透镜内的气泡，调整好压强后，再通过推动注射器使透镜形成中间、厚边缘薄的凸透镜。用夹子夹住导管，防止透镜内的水受压强影响回流。将水透镜固定在光具座上30cm处，光屏固定在50cm处，图2中打开光源开关，能见到光屏上形成一个模糊的像。

图 1 图2

图3中取一凹透镜置于水透镜左侧，光具座上15cm处，光屏和光源位置不变，可见光屏上的像依旧模糊。

图 3

图4中将凹透镜向水透镜方向移动，置于光具座上20cm处，光屏和光源位置不变，可见光屏上形成一个清晰的像。图5中将凹透镜向水透镜方向移动，置于光具座上25cm处，光屏和光源位置不变，可见光屏上形成一个模糊的像。

图 4 图 5

重复以上步骤3次得到如表1的实验数据。

表1 自制“水透镜”模拟眼睛实验数据表

凹透镜	水透镜	光屏	光源	像
无	30cm	50cm	10cm	模糊
15cm	30cm	50cm	10cm	模糊
20cm	30cm	50cm	10cm	清晰
25cm	30cm	50cm	10cm	模糊

以上的实验说明水透镜与眼睛类似，既能演示模拟眼睛看远处的物体时，晶状体变薄，像落在视网膜上成缩小的像的效果，也能模拟眼睛看近处物体时，晶状体变厚，像刚好落在视网膜上，成缩小的像的效果。

2. 实验的不足

制作的过程中发现想象起来虽然简单，但实际操作上却遇到了不少困难。利用3D打印技术制成的水透镜主体不易在生活中得到，不便于学生在课后获得。选用的pcs手套使用次数有限，且虽用三颗螺丝固定住了，但在水压过大的情况下，会有向外渗水的情况出现，因此实验过程只有足够快才能得到更好的实验现象。

3. 总结

自制“水透镜”增强了实验的多样探究性功能，能辅助多数光学实验教学，采用了多样化的呈现方式，直观的实验现象能使每个学生都积极参与到实验中，提高课堂参与度和学生学习质量。通过自制“水透镜”进行教学活动，能让学生在动手实践的环境中学习，不仅能调动学生的主观能动性也能发展学生们的分析能力和实际操作能力，能让学生在做中学。又能很好地改善实验室中本节内容相关的光学实验器材配备不足的问题。

作者简介：

伏桂贤（1998—），女，汉族，四川省南充市人，沈阳师范大学物理科学与技术学院2017级物理学（师范）在读本科生，研究方向为中学物理教育。

参考文献

• [1]揭梦昀. 自制光学演示实验教具在初中物理教学中的实践研究[D].赣南师范大学,2017.