几何光学综合演示仪

吴博昌+曹荣朗

摘 要：利用可视性原理和几何光学原理，运用光束射向面镜和透镜反映几何光学的特点，所有演示项目均根据实际光学器件生成光路，让学生很好地理解各种光路，操作科学、原理简单。本文较系统地介绍了几何光学综合演示仪的制作原理、制作材料和制作方法，使用方法和使用效果，该仪器综合性强，能有效地解决教学中的难点问题。

关键词：几何光学；综合演示仪

中图分类号：G633.6 文献标识码： A 文章编号：1992-7711（2017）02-029-01

我们在研究几何光学问题时，光的反射、折射及透射规律的实验探究是学习、教学的难点，学生往往对光路可逆、漫反射是否遵循光的反射规律，实际光路与规律是否一致还留有疑惑，有时候往往只注意光的反射、折射和透视现象的静态光路，而忽略了光路的动态变化，而这些动态变化却是我们在学习和教学中的难点。因此我们研制了《几何光学综合演示仪》，使教学过程从枯燥到有趣，从抽象到形象。运用此教具进行课堂演示实验，不仅提供了大量的教学信息，而且能使学生在生动形象的环境中，得以迅速理解和掌握物理规律.激发他们的学习兴趣，调动他们的主动性、积极性、创造性，从而达到提高课堂实效的目标。

一、教具制作原理

1.可视性原理。演示器的光束可视，正确反映光路。

2.几何光学原理。运用光束射向面镜和透镜反映几何光学的特点。

3.操作科学、简单原理。所有演示项目均根据实际光学器件生成光路，操作简单，让学生很好地理解各种光路。

依据上述原理，我们研制了以激光束为光路照射到面镜和透镜的几何光学装置——几何光学综合演示仪。

二、教具装置图

三、仪器的特点及用途

1.特点

（1）模型的制作材料简单，价格低廉，操作简单。

（2）模型的制作原理科学合理而又具创新性。

（3）通过仪器形象直观的演示，能有效地解决教学中的难点问题。

（4）综合性强，一个教具能演示多个光学规律。

2.用途

（1）演示光的反射、光的折射。

（2）演示平面镜光路、凸面镜光路、凹面镜光路。

（3）演示凸透镜光路、凹透镜光路。

四、制作材料

①铁磁性板1个；②磁性座线光源激光头3个；③凸面镜、凹面镜、平面镜、玻璃砖、凸透镜、凹透镜各1个。后视板3个。④学生电源1个（或干电池）。（3v）

五、制作方法

1.组件1铁磁性板：可购买铁磁性材料薄板（粘合在薄木板上）。并插在底座上（如图）。

2.组件2磁性座线光源激光头：根据激光单色性好、方向性好的特点。改装端口，使射出的激光成线光源，便于演示观察。

3.凸面镜、凹面镜、平面镜、玻璃砖、凸透镜、凹透镜各1个。后视板2个。每个光学元件都用磁性底座，便于使用时固定和取放。后视板上有相应的刻度和辅助图便于光路的研究。

4.后视板2个，分别用于光的反射和折射，透镜成像规律，

六、使用方法

先将组件1放在讲桌上，再演示。

1.光的反射演示

在铁磁性薄板前放上光的反射演示板，把平面镜放在水平线上，90度方向为法线，放好激光头，以不同的角度入射到O点，观察反射光线，得出反射定律。

2.面镜演示

用三束平行激光分别射到平面镜、凸面镜、凹面镜表面，反射光线会分别形成平行、发散、会聚光线。

3.光的折射演示

在后板上放上玻璃砖，一束激光射入玻璃表面上的O点，除了一束反射光线外，还有一束折射光线通过玻璃再折射，出射光线平行入射光线。可根据图示角度可粗略研究玻璃的折射率。

4.凸透镜光路的演示

在后板上放上凸透镜，三束激光分别演示三条特殊光线，确定焦点的方法，用物点和像点演示成像，也可演示成像规律。

5.凹透镜光路的演示。三束激光分别演示三条特殊光线，确定焦点的方法，用物点和像点演示成像，也可演示成像规律。

七、使用效果

利用可视性原理和几何光学原理，运用光束射向面镜和透镜反映几何光学的特点，所有演示项目均根据实际光学器件生成光路，让学习者很好地理解各种光路，操作科學、原理简单。前面较系统地介绍了几何光学综合演示仪的制作原理、制作材料和制作方法，演示光的反射、光的折射；演示平面镜光路、凸面镜光路、凹面镜光路；演示凸透镜光路、凹透镜光路。该仪器综合性强，突出重点，能有效地解决教学中的难点问题。

通过《几何光学综合演示仪》在实际中使用，发现学习者学习光学中光路更容易，能轻松应对光路作图。通过观察实例，化枯燥乏味为生动活泼，又能激发了学习几何光学的兴趣，突破学习几何光学的难点，学生能对面镜、透镜各种光路系统学习，提高了学生的科学探究思维的能力，为后面的光学知识奠定了扎实的基础。教具在光的色散及光的本性等知识还有扩展的空间，我们将在后面的教学中进行探究。