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物理應用
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  • 菲涅耳透鏡成像
  • 光與色的世界(第三冊第四章第三節)
  • 光的折射與透鏡
  • 45分鐘
  • 唐健文老師
  • 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
  • 檔案下載
    教案-菲涅耳透鏡成像.pdf | 菲涅耳透鏡成像PPT.pdf |
  • 時間 教學活動流程 教學資源
  • 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。
    影片觀賞
  • 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
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