光现象系列演示实验的改进和创新＊

2014-10-21谢桂英

物理教师 2014年10期

谢桂英

（广州市第五中学，广东广州 510250）

光现象探究活动是初中物理一个很重要的探究活动，但这部分内容较抽象，既是重点也是难点.对探究光在同种均匀介质中的传播特点、探究并了解光的反射和折射的规律、探究平面镜成像规律、探究凸透镜成像规律，课标明确要求是科学探究Ⅱ，对白光是由色光组成的、色光的混合课标明确要求是科学探究Ⅰ.

1 改进、创新的思路

目前配套的《光现象探究活动器材》，却存在着不足：探究材料不足，缺乏有效说明、指引，培养学生创新思维存在局限性.多年的教学经验证明光靠教师讲、课件和教具演示，效果不理想.针对不足，作者尝试对现有配套的《光现象探究活动器材》对初中物理光现象系列演示实验改进、创新，自制光现象系列演示实验仪，并将改进、创新后的活动器材再次用于课堂教学，取得良好的教学效果.

2 改进、创新的依据

（1）《物理课程标准》基本理念：鼓励积极探究，使学生了解物理知识的功能价值，形成主动学习的态度.

（2）《物理课程标准（2011年版）》解读对义务教育物理课程实验提出明确要求，在“内容要求”中，凡是用“通过实验”这一措辞陈述的知识内容，都必须通过实验来学习，这些实验是必须做的.同时也提倡用自制教具和低成本实验进行探究活动.

3 改进、创新研究实例

系列1：光的直线传播直观演示仪.

原来情况：人教版初中物理8年级上册第4章第1节，关于光在同种均匀介质中沿直线传播，没有直观的演示，通常处理是用口讲或课件演示，学生较难理解.本演示仪能够直观演示光的直线传播，大大提高讲课的效率，学生也可以使用它来做探究活动.

制作材料：废酒盒1个（木质的），夹子1个，黑纸板1张，螺钉和螺帽各1个（成套配用）.

制作过程：将废酒盒里面一端钉1块小木板，将螺钉装上，另一端挖1个小孔（大小刚好能塞1支激光笔），用黑纸板将废酒盒口封上，合上盖子，就做成了黑盒.

实验器材：自制光的直线传播直观演示仪，蚊香，激光笔，火柴.

实验过程：

（1）如图1，用夹子夹好蚊香，点燃.将蚊香固定在盒里面，并盖上盖子.

图1

图2

（2）如图2，用激光小手电筒从旁边射入，能看见光在空气中沿直线传播，演示成功.

实验创新之处：

（1）自制黑盒，成本低.

（2）蚊香燃烧时间长，烟较多而且稳定，演示效果明显.

（3）体积小，方便全班传阅.

系列2：光的反射直观演示仪.

原来情况：人教版初中物理8年级上册第4章第2节光的反射，通常是利用平面镜、白纸、激光笔、光屏、铁架台、量角器等器材，通过实验研究光的反射定律，没有专门的实验仪，实验过程比较繁琐，实验现象不明显，实验效率较低.作者自制光的反射直观演示仪，操作简便，现象直观准确，大大提高了上课的效率，学生也可以用它来做探究活动.

制作材料：平面镜1块约长5cm、宽5cm，铁板2块约长20cm、宽15cm，A4白纸2张，木板1块约长30cm、宽10cm，木条2条1条约长30cm、宽2.5cm，另一条约长15cm、宽2.5cm，磁铁1块.

制作过程：

（1）将2块铁板一面用透明胶粘好，另一面用502胶水将A4白纸贴好，注意要平整，再将1张复印好量角器的白纸贴好.

（2）将小磁铁镶入长木条中，并用502胶水将两条小木条固定在木板上，中间留约1cm缝隙.

图3

（3）将铁板插入木条之间，整个装置如图3所示.

实验器材：自制光的反射直观演示仪，2支激光小手电筒.

实验过程：用激光小手电筒探究光的反射定律，如图4、5所示.

（1）研究光的反射规律（2线分居和2角相等）.

（2）还能看到反射光线吗？（3线同面）.

（3）光路可逆.

图4

图5

实验创新之处：成本低，操作方便，效果明显，尤其演示光路可逆.

系列3：光的折射直观演示仪.

原来情况：人教版初中物理8年级光的折射，一般学校没有学生实验配套仪器，学生难于做实验.笔者利用实验原有的器材，加上精心制好的“量角器”，组合成光的折射直观演示仪，操作简便，现象直观准确，大大提高了上课的效率，学生也可以用它来做探究活动.

制作材料：水槽1个，激光小手电筒1支，塑料角架1个，铁板1块约长25cm、宽20cm，油性笔1支，量角器，圆规.

制作过程：

（1）先将铁板用油漆油成白色，利用量角器、圆规和油性笔精心画上1个圆并标上刻度，做成“量角器”.

（2）将实验原有的水槽、角架、激光小手电筒1支、扩束器和自制量角器”组合成光的折射直观演示仪.

实验过程：用激光小手电筒探究光的折射规律，如图6、7所示.

（1）水槽装水，将自制“量角器”放入水中.

（2）探究光从空气斜射入水的折射情况.

（3）探究光从水斜射入空气的折射情况.

图6

图7

实验创新之处：成本低，操作方便，效果明显.

系列4：海市蜃楼的实验演示仪.

人教版初中物理8年级光的折射，提到海市蜃楼现象.海市蜃楼，是大气光学现象，光线经过不同密度的空气层后发生显著折射，使远处景物显示在半空中或地面上的奇异幻景，常发生在海上或沙漠地区.古时传说这种幻景是海里的蜃吐气而成的，故而得名.

原来情况：海市蜃楼现象，没有专门的实验仪器演示，通常处理是先让学生看视频，再分析海市蜃楼的成因，学生学习兴趣不大，学习效果欠佳.

能否设计一个实验直观演示，光在不均匀光线沿曲线传播，用实验让学生亲身感受一下什么海市蜃楼，对理解海市蜃楼成因，提高学生学习物理的兴趣会有很大帮助.

改进思路：设想让光在不均匀的盐水中沿曲线传播，代替光在不均匀空气中沿曲线传播.

最初笔者在暗室桌面放一个长方体鱼缸，装入大半缸水，在向鱼缸里均匀撒盐，不搅拌静置2h，使盐水成为不均匀介质，用激光笔沿内侧缸壁斜向下射出激光，将会看到水面下方的光路是弯曲的，但演示效果不明显.后来反复实验，将容器底面做成弧面，效果最好.

制作材料：透明塑料板若干，502胶水，玻璃胶.

图8

制作过程：如图8，用透明塑料板拼装成一个圆弧形水槽，用玻璃胶拼接，保证容器不漏水.

实验演示过程：

（1）在水槽中装满水.

（2）在水槽中均匀洒上一层盐（或白沙糖），不可搅拌，放置0.5h以上.

（3）半小时后，用激光笔从水槽一侧射入激光，在较暗的环境下，可以看得激光在水中沿曲线运动.演示后的效果如图9，真实实验效果图如图10.

图9

图10

实验注意事项：

（1）海市蜃楼是地球表面大气的一种光折射现象，底面应做成弧面.

（2）根据光线在不均匀空气中传播，保留用盐水代替空气，光线应只在盐水中传播.

（3）光线呈现的距离应尽量远，其弯曲程度才可以用眼睛明显看到.

（4）用功率大的绿色激光笔比红色激光效果好.

（5）演示时室内关闭其他光源，周围环境越暗越好.

创新之处：

（1）能直观演示光在不均匀介质传播，光的传播方向会发生改变.

（2）实验现象很明显，让学生亲身感受一下什么海市蜃楼，能大大提高学生学习兴趣.

（3）操作方便.

（4）实验成本低.

系列5：简易多功能光学实验演示仪.

原来情况：人教版初中物理8年级上册光现象和透镜及其应用，一般学校用激光演示仪，但激光演示虽然射出来的激光强度大，光只能从一个方向射入，很难演示光路可逆.加上激光演示仪比较贵重，也较笨重，不容量携带和操作.我们自制的激光演示仪，简单轻便，操作简单，尤其可演示光路.这样可以直观准确，大大提高上课的效率，学生可以用来探究光学大部分实验.

制作材料：2块木板（1块长约长40cm、宽15cm，1块约长37cm、宽31cm），A4白纸8张.螺丝钉16颗，小铁板2块.

制作过程：

（1）将木板油上白漆，晾干.

（2）用4张A4白纸用502胶水平整贴在长37cm、宽31cm的木板上，用4张A4纸复印圆，并将它平整贴在木板上.

（3）用电钻钻合适的小孔，将旋转按钮（废旧激光演示仪拆下的）装上，并用铁板打上螺丝钉，将长37cm、宽31cm木板竖直固定在长约长40cm、宽15cm木板上.

实验器材：1个自制“简易多功能光学实验演示仪”，激光小手电筒，平面镜，凹面镜，凸面镜，玻璃砖，凸透镜，凹透镜等.

实验过程：（1）探究光的折射规律（图11、12）.

（2）探究凹面镜对光线的会聚（图13）.