自制色光混合仪及光的色散的教学设计

唐秋梅+徐平川+伍建兵+刘端

摘 要：本文以“光的色散”为课例，通过创设问题情景引入新课，并通过实验演示和学生活动发现和总结规律，使学生最终可以用科学的语言对“光的色散”“色光的混合”“颜料的混合”和“物体的颜色”等问题进行描述，并用科学的方法解决实际问题。

关键词：色散；色光的混合；教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）7-0057-4

“光的色散”的教学内容以光的色散现象为基础，包括“色光的混合”“颜料的混合”和“物体的颜色”等内容，以揭示光的颜色和物体的颜色成因之谜。针对这四个方面的内容，我们设计了相应的演示实验和学生活动。并用探究色光混合规律的方法来探究颜料混合规律和物体颜色的成因，因此“色光混合”实验是根本，注意到许多“色光混合”实验并非利用单色光来直接混合的，而是采用有色挡光片，与真正的色光混合有很大区别。我们设计中所采用的“色光混合仪”是利用LED光源直接进行光的合成，光的强度可调，原理简单，结论更为严谨。

1 教材分析与学情分析

光现象是自然界最基本的现象之一，《光的色散》一节是在学习了光的传播、光的反射和光的折射的基础上，让学生通过观察、实验探究，学习光的色散的产生条件及其相关知识[1]。教材内容与生活中的现象联系紧密，为体现“从物理走向生活”的新课标理念，本课的设计是以彩虹的形成原因来引入新课。用提问和实验的方式，引导学生从简单的问题入手，一步步利用实验自己动手探究物理规律。学生通过自己的亲生经历，获得感性认识，从而有助于对知识的理解，激发学生的学习兴趣和求知欲。进而能应用物理规律解决生活中的问题。

本节课所学的光现象，学生在生活中已积累了大量的素材，有着丰富的感性认识，只是缺乏科学的观察和思考，物理联系生活的意识还比较淡薄[2]。本节课的教学，除了要求学生掌握相关知识外，还要求学生要在动脑的同时动手学习物理知识，积极主动地加入到教学活动中。

2 教学目标分析

通过图片、视频、分组实验，重点了解光的色散现象和色光混合的探究实验；通过对白光的色散实验，知道白光是由七色光组成的。通过视频与自制实验教具的演示，知道光的三原色，并能够区别色光的三原色与颜料的三原色；初步了解透明物体与不透明物体的颜色的成因。为了突出重点，突破本课的难点：光的色散及色光混合的规律。通過“寻找彩虹”的白光分解实验，自制教具的演示实验，让学生经历白光分解为彩光以及色光混合的实验操作，培养学生通过实验现象探索物理本质的能力；通过“色光的混合”和“颜料的混合”的比较培养学生的实验能力、团队合作能力，初步运用对比法来研究物理问题；经历探究透明和不透明物体的颜色的形成原因与过程，培养学生的实验探究能力、观察分析能力与逻辑思维能力；通过课后收集和交流红外线和紫外线的相关信息，从而积累信息收集和处理的方法。

通过“白光的分解”实验与“物体颜色成因”实验，激发学生进一步探究颜色之谜的兴趣，使学生领略色彩世界的绚丽多彩，体会到热爱自然、亲近自然的美好情感。通过对手机、彩电、电脑屏幕显示色彩的探究过程，体会物理知识在生活中的应用，感受物理的魅力与学习物理的作用。

3 教学用具选用及色光混合仪的制作

在光的色散实验中所用的白光为LED手电筒，此光源白色纯正，好于略带红色的普通手电筒所发之光。如图1所示，为了制作“色光混合仪”，分别采用红、蓝、绿三色LED灯作为色光合成的光源，分别再截取三段金属管来散光和集光，电压可调的电源可以调节光源强度，通过数字激光机床切割一支架来支撑带有光源的金属管。其他所用教学用具有三棱镜、白纸所糊的白屏，还有颜料和颜料盘用于探究颜料的混合规律，另外还有平面镜、水盆、红绿蓝三色及无色玻璃、红绿蓝三色纸板等器材。

1- 钢管；2、11- 白屏；3- LED灯开关；4- 红、绿、蓝三色LED灯；5-电压、电流显示屏；6-电压/电流调节旋钮；7-可调电源开关；8-手电筒；9-平面镜；10-红、绿、蓝、无色玻璃；12-红、绿、蓝、白色纸板；13-颜料盘；14-红、黄、蓝颜料；15-画笔；16-三棱镜；17-水盆；

4 基于色光混合仪及学生活动设计的教学过程

该设计以讲授法、演示法和总结归纳等教学方法为主要的教学方法，通过设计四个学生活动引导学生自主探究光的色散、色光混合、颜料的混合和物体颜色成因等现象和规律，通过设置问题情景引导学生积极思考，总结归纳实验结论，培养学生物理学核心素养。

4.1 创设问题情境，引入新课

教师出示彩虹的幻灯片，引发学生关于彩虹的形成原因的思考，将学生带到女娲炼五彩石补天的神话故事中，感悟世界的美好。接着提问：“彩虹到底是怎么形成的呢？”学生通过观察图片、思考、讨论交流关于彩虹形成的原因。然后教师通过讲述关于彩虹形成的神话故事，引导学生思考彩虹形成的真正原因，带着问题进入新课。

以上设计通过生活中的自然现象引入新课，创设问题情景，激发兴趣，引发学生思考彩虹的形成原因。

4.2 实验观察光的色散现象，分析白光的组成

教师通过介绍“牛顿让太阳光通过三棱镜得到彩色条纹”的著名故事，使人们认识到太阳光并不是最简单的颜色，接着出示三棱镜让学生观察它的特点，让学生思考白光是如何变成彩色条纹的。

教师提供包括三棱镜、手电筒和水盆等器材，设计如下学生活动1引导学生通过尝试寻找让白光变成彩色条件的方法。

活动1：光的色散实验

方案1：让日光灯灯光通过三棱镜，便可以观察到彩色的条纹。

方案2：将电筒打开，让学生清楚地看到电筒发出了白光，将电筒的光通过三棱镜，调整角度，使得学生在墙上清晰地看到类似于彩虹的条纹。

方案3：将平面镜以一定的角度放入装有水的盆中，让电筒光以近乎平行于水面的角度照射到水下面的平面镜上，用白屏承接折射、反射后的电筒光，也可以看到类似于彩虹的条纹。

教师通过引导学生开展以上的学生活动，使学生体验并找出可把白光变成彩色条纹的方法，以培养学生的实验能力。根据实验观察到的彩色条纹，引导学生总结出彩色条纹是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫多种颜色并按顺序排列的，从而得出总论：白光穿过三棱镜（水和平面镜）后，被分解成了各种颜色的光，从而建立“光的色散”概念[4]。

4.3 色光的混合的实验研究

教师通过创设问题情境：太阳光可以分解为七色光，由光路可逆思想猜想七色光的混合会不会得到白色的光？鼓励学生课后利用图2的光路图实现七色光合成为白光的实验，培养学生的逆向思维方法和利用实验解决问题的能力，加深对光路可逆的认识。

基于以上的认识，教师设问：如果只选取7种色光中的2种色光混合，将会得到什么颜色的光？如果是3种色光混合，情况又会是怎么样的？

4.3.1 色光的混合

教师根据自制的“色光混合仪”（图1），与学生一起演示并观察2种或3种色光混合的结果；通过介绍色光混合仪的结构及实验原理，培养学生自制教具的意识和在生活中挖掘教学资源的本领。

活动2：色光混合实验

方案1：老师利用自制色光混合仪、白屏进行实验，探究不同的色光以不同的方式组合，可以得到什么颜色的光。并指导学生完成表格1。接着提问：通过更改电源电压，可以改变色光的深浅，那混合后的颜色会不会变化呢？学生仔细观察混合后的颜色，在教师的引导下完成实验结果的记录。

方案2：教师通过在电脑上演示红、绿、蓝三色光混合的实验，进一步验证方案1结果的正确性。

通过上面两个实验的结果，教师提问：细心的同学发现，我们一直在用红、绿、蓝三种颜色的光混合探究，这是为什么呢？ 学生在教师的引导下分析归纳得出三原色的概念：红、绿、蓝三种颜色的光按不同的比例混合，可以产生各种颜色的光，而自身却不能被其他颜色的光混合得到。然后教师引导学生联系生活实际，解释电脑、手机、彩电屏幕等的色彩成因，进一步培养学生应用物理知识解决实际问题的能力和“从物理走向生活”的理念。

在以上的教学过程中，教师创设生动的物理学习环境，以实验牢牢抓住学生的好奇心，一步一步引导学生进行观察和思考，将抽象的物理现象直观地展示出来。帮助学生快速、形象地理解物理规律。

4.3.2 颜料的混合

教师提示学生：自然界的颜色有光的颜色，有物体和颜料的色彩，因此有必要研究颜料的混合。教师给学生提供红、黄、蓝三种颜料，让学生自主探究混合的规律。

活动3：颜料混合实验

教师提问：同学们你们会画画吗？在绘画过程中能用红、黄、蓝三种颜料配色，请同学利用提供的颜料动手探究红、黄、蓝颜料的混合能得到什么颜色？学生利用所提供的实验用品分组实验。根据学生实验的结果，教师提问：为什么颜料的混合与色光的混合规律不一样呢？引导学生思考颜料的色彩与色光的颜色的不同，并总结出：颜料的三原色为红、黄、蓝三种颜料。最后引导学生联系实际、解释颜料的混合与色光混合现象的不同。

颜料的混合实验研究为物体颜色的成因做铺垫，让学生学会应用类比的方法，通过由熟悉的事物认识不熟悉的新事物。通过亲身的感悟、体验，探究颜料、色光混合的规律并分析它们的不同。实验过程用颜料来配色，活跃了课堂气氛，减轻学生的学习压力，从而提高学习兴趣。

4.4 物体颜色成因的探究

教师设问：物体和颜料均是本身并不发光的，其颜色是由什么因素决定的呢？请同学们观察视频http：//www.tudou.com/programs/view/J4nGPser39w/，引导学生思考物体颜色的决定因素。学生通过视频直观地看到现象，从而思考、分析现象形成的原因。

教师提供无色、红、绿、蓝各种玻璃以及白、红、绿、蓝各色纸板等器材，引导学生分组实验，完成表2。接着再次设问：光照到透明物体和不透明物体上会有什么不同？学生通过实验，记录结果，对实验结果进行剖析，并且总结归纳：透明物体的颜色由透过它的色光决定，不透明物体的颜色由它反射的色光决定。通过（下转第63页）（上接第59页）分组实验，使学生学会利用生活中的器材进行实验，体会物理学习的乐趣，拉近物理与生活的距离。

5 總结现象规律，反思教学问题

教师引导学生总结出本节的核心知识，包括光的色散现象：白光被三棱镜分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫多种颜色的光的现象；色光的三原色：通过红、绿、蓝三原色的不同强度比例配合得到某种颜色的光；颜料的三原色：红、黄、蓝三种颜料按不同比例可配成其他颜色的颜料；物体颜色的成因：透明物体的颜色由透过它的光的颜色决定，不透明物体的颜色由它反射的光决定。最后布置课外学习任务“了解红外线、紫外线等看不见的光在生活中的应用，光的色散在生活中应用，完成课后练习”，巩固所学知识，积累信息收集和处理的方法。

编者按：期望作进一步探索的读者，可以阅读有关专著，例如文献[3]。

参考文献：

[1]杨春花. “光的色散”的自主探究教学设计[J]. 物理教学探讨，2007，25（5）：14-16.

[2]李彩虹. “光的色散”教学设计[J]. 中学物理教学参考，2008，37（11）：57-60.

[3]Kurt Nassav.The Physics and Chemistry of color.AWiley-Interscience Publication John Wiley & Sons，1983.

（栏目编辑 王柏庐）