依据全反射棱镜功能自制“变脸魔术”教具

聂剑军 谢明生

(江西省宜春一中 江西 宜春 336000)

2013年4月举行的江西省第七届中学物理教学改革创新大赛中，笔者执教的“全反射”获一等奖并代表江西省参加8月在宁夏银川举行的全国大赛.本课的创新实验“变脸魔术”及其教学效果最吸引评委的眼球，现作一介绍，以飨读者.

1 设计

关于全反射棱镜，新课程各版本教材以及历届教材中设计的实验不多，这就使得学生对全反射棱镜及其应用的认识不够，印象不深.为此，笔者在本课中设计了一个“变脸魔术”实验.学生兴致盎然地观看魔术，动脑、动手地揭秘魔术，不知不觉地加深了对全反射棱镜的认识.

2 原理

如图1，透明有机玻璃制成的立方体容器，被两块有机玻璃沿对角线隔成两等腰直角三角形，平面镜平行隔板放置.当两容器盛水而隔层不盛水时形成两等腰直角形截面的棱镜，即全反射棱镜.在观看位置的对面贴上蓝脸，侧面贴上红脸时，红脸经左棱镜全反射出现在观看位置的左侧，蓝脸经右棱镜全反射又经平面镜反射出现在观看位置的右侧.

图1

当隔层也盛水时，就不形成全反射棱镜，蓝脸经水、有机玻璃折射后直接被看到而出现在左侧，红脸经水、有机玻璃折射，经平面镜反射被看到出现在右侧，如图2所示.这样，观看位置的左侧由红脸变成蓝脸，右侧由蓝脸变成红脸.当隔层间的水通过下方的注射器缓慢注入时，以上变脸是个渐变过程，非常生动有趣，具有魔术般的效果.

图2

3 制作

选取3 mm厚的透明有机玻璃(太薄隔板易变形，太厚没有必要)按如图3和图4的尺寸切割、粘合.粘合时一定要保证45°和90°角的精准，否则影响实验效果.如图4所示，容器底部安装两50 ml的一次性注射器；如图3所示，隔层底部打两小孔；通过软管连接小孔与注射器.选取两合适大小的胸牌，刚好能插入或拔出蓝、红脸为宜，把胸牌用双面胶粘贴在观看位置的对面和侧面，制作完成.

图3

图4

4 使用

第一步：注水.在两等腰直角形截面的容器内注满水.

第二步：上蓝脸.在观看位置的对面胸牌中插入蓝脸.

第三步：上红脸.在观看位置的侧面胸牌中插入红脸.

第四步：插卡.将一个不透光的塑料卡片插入隔层之间，发现卡的插入，并未挡住任何图片脸，随后拔出卡.

第五步：变脸.见证奇迹的时候，通过下方注射器向隔层注水，随着隔层水位升高，变脸逐渐进行，当水位相平时，变脸完成.

变脸过程如图5～7所示.图5为变脸前，左侧为红脸，右侧为蓝脸.图6为变脸中，左侧脸谱上部仍为红色，下部已经变为蓝色，右侧脸谱则相反.图7为变脸后，左侧变为蓝脸，右侧为红脸.

图5 变脸前

图6 变脸中

图7 变脸后