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随着计算机多媒体技术的迅猛发展,计算机辅助教学(CAI)也逐渐成为最具吸引力的现代化手段,开发高质量的计算机辅助教学软件即CAI课件是充分发挥CAI优势的核心。CAI的介入,无疑将改变传统物理课堂教学基本上靠教师口授、板书、演示的局面,但物理学是一门以实验为基础的学科,现在运用动画制作软件对实验过程进行仿真模拟不但可能而且"高效",如何处理演示实验与计算机模拟、传统信息展示与计算机信息展示的关系,是CAI课件制作和使用中不容回避的问题。
"透镜成像作图法"是几何光学部分的一节重要内容,也是对透镜成像进行定量研究的方法之一。以前在讲授新课时,都是依据作图法作出物体在透镜前不同位置所成的像,但是这种方法教师作的图比较多,也很繁琐,而且重复劳动,不利于提高课堂教学效率,而且位置固定,不能动态地显示出变化过程。如果利用多媒体课件辅助教学,可以避免重复劳动,还可动态显示,使得作图过程更加形象、生动、具体,提高课堂效率。
"透镜成像作图法"可以包括如下几个部分。
一、透镜的表示法
在显示图标下,分别作出凸透镜和凹透镜的表示图(见右图1、2),以及对应的光心、焦点、主光轴。然后利用交互,采用热对象响应,当鼠标点击某一对象时,自然出现这一对象的名称。如右图3:
二、三根特殊的光线
通过透镜的三根特殊光线是透镜成像作图的基础,一定要学生牢牢掌握。作图时,特别是光路的运行过程,必须清楚、准确,使学生一目了然。
作光路图可有以下两种方法:
1、用过渡效果显示
在显示图标里作出通过透镜的某一条特殊光线,然后选Attributes项transition下的Reveal right(或left),使图标的显示效果从左到右,即代表了光路的运行过程。光路的运行时间可以通过Duration
来控制。
2、用显示变量show variables控制光路的运行
数学中学过两点可以确定一条直线,那么在作某条直线时,只要知道这条直线上的两个特殊点就行了。
例如右图:
要作出光路运行图,可以先用({cursorx},{cursory})确定A、B、C、D、F点的坐标分别是(206,186)、(410,186)、(206,260)、(410,260)、(482,222)。知道了坐标,即可以在计算图标中作出上述线条。如下:
程序 说明
setFrame(1,RGB(255,0,0) 设置为红色
repeat with i=0 to 102
line(3,206,186,206+2*i,186) 作AB线
line(3,206,260,206+2*i,260) 作CD线
end repeat
line(3,410,186,482,222) 作BF线
line(3,410,260,482,222) 作DF线
程序中的2*i是为了增加光线的运行速度。运行结束可加上箭头。对于另外两条过焦点及过光心的特殊光线也可以用同样的方法做出。
三、成像作图的过程
了解了通过透镜的三根特殊光线,下面就可以用这三根特殊光线做出物体经透镜后所成的像。这个过程的重点是物长及物距变大或缩小时,对应的光路及所成的像也随之发生改变,动态显示出凸透镜的成像规律。
1、作图方法:
(如右图)作一物体w,其中心坐标为(x,y),然后根据其他的特殊点作出光路AB、AC、AD、CF,然后根据CF及AD的焦点作出像A'B'。
用鼠标拖动W,改变x,y的值,则物体AB及光路及像A'B'都随之发生改变,显示出成像的动态过程。
2、程序设计
拖一个计算图标,输入变量。
set frame(1,RGB(255,0,0)) If x>240&x<326 then
X=positionx@"W" i=86*(220-y)/(240-x)+220
J=326+86*(326-x)/(240-x)
Y=positiony@"W" repeat with k=i to 220
Line(3,j,k,j,k+5)
Line(3,x,y,326,y) k=k+10
Setline(2) end repeat Line(3,x,y,600,y+(220-y)*(600-x)/(326-x)) setline(2)
Line(3,326,y,600,y+(220-y)*224/70) line(3,j,i+26,j,i)
else
Setframe(1,RGB(0,0,255)) setline(2)
Setline(1) line(3,j,220,j,i)
Line(3,x,y,x,220) end if
这种变量控制的透镜成像作图法的优点是可以动态地显示,很直观地看出像的缩放、正倒和虚实,成像规律一目了然。
对于凹透镜的成像规律也可以根据同样的方法作出。
四、巩固提高题
掌握了透镜成像作图法后,可以挑选一些思考性强、有代表性的习题,供学生供学生巩固与提高。
解题思路:由于AB的长度高于凸透镜的高度,不好直接地作出 A点所成的像A',可以先在AB上找一点S,根据凸透镜的成像作图法作出S所成的像S',然后再作出B点及A点所成的像B'和A',再连接A'B'即就是AB所成的像。
这种方法又叫作"化长为短法"。
解题思路:由于S点处于主光轴上,其三根特殊光线实际上就是一根,因此不好直接地作出S点所成的像S',可以先在S的地方垂直主光轴作一物体AS,然后作出AS所成的像A'S',S'即为S所成的像。
这种方法又叫作"化点为线法"。
这样,通过制作课件使较难的知识深入浅出,简化了作图过程,缩短了作图时间,使得透镜成像规律一目了然,提高了课堂效率。另外,在课件的开始与结束,还可以载入动画与音乐,给人以美的享受。
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