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菲涅耳透鏡成像
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光與色的世界（第三冊第四章第三節）
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光的折射與透鏡
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45分鐘
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唐健文老師
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一、 透過實驗觀察光線經過透鏡後之成像現象，從中理解光的折射現象與原理。
二、 從測量凸透鏡之焦距實驗中，理解焦距與焦點之意義。
三、 能觀察到透鏡折射後成像之大小、正反、位置等性質皆會因物體與透鏡之間的距離差異而有所改變，並且記錄與歸納結果。
四、 從實像與虛像觀察中，理解其意義與區別。
五、 認識並瞭解菲涅耳透鏡（Fresnel lens）和普通凸透鏡的異同點。 -
A4菲涅耳透鏡（Fresnel lens）、A4桌面展示牌x2、A4白紙、LED光源組、觀察物件、捲尺或長尺、電工膠帶、尖頭剪刀
- 時間 教學活動流程 教學資源
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5分鐘一、 經驗連結與預測
1. 引起動機：
(1) 詢問學生是否曾在大賣場或其他地方看過一種半透明的塑膠片，可讓顧客方便放大觀察標籤使用？
(2) 詢問學生是否使用過放大鏡，若放大鏡離要觀察的物體太遠，將會發生什麼現象呢？
2. 舊課程回顧：
(1) 簡單介紹凸透鏡的各種位置的成像性質。 -
30分鐘二、 操作與觀察
1. 將菲涅耳透鏡、光源、白紙排成一直線。將菲涅耳透鏡置於桌面展示牌內，一側放置光源組，另一側手持屏幕白紙以觀察成像。
2. 移動透鏡與光源之距離來調整物距，觀察像距及成像大小、正反變化，觀察出物體與成像之間的關係。緩緩移動白紙，直到紙上光源的成像清晰。
3. 請學生記錄下屏幕的成像聚焦最清楚的時刻的物距（光源與透鏡的距離）與像距（光源物體成像與透鏡的距離）。分別記錄下成像與光源大小相等、成像大於光源大小、成像小於光源大小的物距與像距之情形。如果在紙屏上面無法成像，可用眼睛替代紙屏透過透鏡來觀察。
4. 完成透鏡成像學習單。
5. 若需要光源更清楚地呈現，操作時可將教室內的燈光關閉。 -
5分鐘三、 原理說明
(一) 菲涅耳透鏡之原理與製作：
1. 原始的菲涅耳透鏡是應用光經由很密的（黑白相間）同心圓紋繞射產生像凸透鏡的聚焦現象，由法國物理學家奧古斯丁．菲涅耳所發明。其鏡片相較一般透鏡輕薄，可視為扁平版本之凸透鏡，其又名螺紋透鏡。
2. 現今生活上方便使用的菲涅耳透鏡，藉由折射只發生在透鏡表面等光學表面上，故僅保留發生折射的彎曲鏡面表面排成同心圓，便能在節省材料的情況下仍然保留聚光效果，這也是菲涅耳透鏡輕薄以及在表面有螺旋條紋之原因。
3. 菲涅耳透鏡可造出更大孔徑且焦距短之透鏡（一般凸透鏡若要焦距短，需要很厚重又面積大，非常貴又重），又因其透鏡表面彎曲的部分會造成圖像失真，故這些特質往往使菲涅耳透鏡被使用於無需注重圖像品質，而是以減輕重量為主要目的之情況。燈塔之設計即為菲涅耳透鏡在日常生活中之應用的顯例，其使燈塔的光芒即使在十分遙遠之處亦可被人們所看見。 -
5分鐘四、 問題與討論
1. 為什麼在第一個活動，老師讓學生利用太陽光來尋找菲涅耳透鏡的焦距，而不是拿手電筒照射菲涅耳透鏡來尋找焦距？
2. 日常生活中有哪些東西使用到凸透鏡？當凸透鏡被運用到這些物品時，成像的性質為何？
3. 「實像」與「虛像」有何區別？
4. 當物體在紙屏上清楚成像以後，若將透鏡以不透明紙板遮住一半或2/3，則屏幕上的成像會發生什麼變化？試說明原因。
5. 日常生活中有那些東西使用到菲涅耳透鏡？為何用菲涅耳透鏡取代一般的凸透鏡？ -
參考資料維基百科：http://www.twwiki.com/wiki/%E8%8F%B2%E6%B6%85%E7%88%BE%E9%80%8F%E9%8F%A1
互動百科：http://www.baike.com/wiki/%E8%8F%B2%E6%B6%85%E8%80%B3%E9%80%8F%E9%95%9C