光的全反射探究式教具及光控音响的制作

王 漫，代 伟，杜 倩，蒋金华

(西华师范大学 物理与空间科学学院， 四川 南充 637002)

物理是一门基于实验的自然科学，因此立足实验是开展物理教学的重要手段，现有的教具存在一些不足，不能很好满足教师的创新教学需要，有的仪器过于昂贵且操作复杂，有的实验现象不够明显直观，如购买的光的全反射演示仪中，透镜太小不便观察. 因此，作为物理教师必需具备较强的实验设计制作能力，开展教具自制. 教师应用自制的教具去解决教学过程中的重点、难点，能够很好地激发学生的学习兴趣，同时也能通过自制教具创设物理情境帮助学生建立物理模型，另外还可培养学生的创新思维与创新能力.

1 自制光的全反射探究式教具

1)所需材料：木板、薄铁皮、有机玻璃、圆环刻度盘、亚克力、磁铁、T型不锈钢架、激光笔等.

2)制作方法：按照图1所示的结构将木板和薄铁皮切割为尺寸相同的长方形，将铁皮订在木板上，再在铁皮上粘1张白的即时贴作为光的全反射探究式教具的立板. 将2个T型不锈钢架固定在立板的两侧作为教具支架. 切割半径比礼盒尺寸(φ=25 cm)略大的有机玻璃圆板，用有机玻璃胶将礼盒粘贴在有机玻璃圆板上，制成不漏水的圆形盒子，然后用螺丝将圆形盒子固定在立板上. 依据圆盒的尺寸将薄木板切割成图2所示的圆环手柄套在圆盒上，使其可绕圆盒转动. 手柄的底面贴长方形小磁片，上方安装一激光笔支架，并将放置激光笔的圆形塑料管同时固定在激光笔支架上. 这样转动手柄就可使激光笔绕圆盒的中心旋转，利用手柄下方的小磁片和立板上的铁片可将激光笔放置在任意角度上. 为了得到光的全反射所需要的半圆形透镜，将圆形透明有机玻璃盒的上方钻1个小孔，注入半盒颜色较浅的墨水，即可得到半圆形透镜. 为了看清半圆形透镜上方的光路，可从孔中加入烟雾后将孔堵住. 为了能准确读取入射角和折射角的角度，在圆盒上贴了角度标尺.

图1 光的全反射演示仪

图2 圆环手柄

3)使用方法：打开激光笔，让光线沿半径方向垂直于水的平直面入射，此时入射角为0°，增大入射角，一部分光反射回水中，另一部分光折射进入空气. 继续增大入射角，折射角接近90°，再继续增大入射角，折射光线消失，只剩下强度较强的反射光线，实验效果如图3所示.

(a)

(b)

(c)

4)优点：该自制教具材料普通、制作容易、操作简单、尺寸较大、实验效果好,在课堂教学中，应用此教具进行演示实验、探究实验与学生分组实验，结合教师讲授，有利于学生更好地理解光的全反射现象以及全反射产生的条件.

2 自制全反射水槽

1)所需材料：方形有机玻璃管、有机玻璃板、水、激光笔.

2)制作方法：选取折射率与水相近的有机玻璃方管，按照有机玻璃方管的尺寸切割2块长方形的有机玻璃片，用有机玻璃胶将有机玻璃片与有机玻璃方管粘合在一起，做成封闭水槽，在水槽顶部打孔，便于水槽装水与换水，制作完成的全反射水槽如图4所示. 该教具原理与文献[1]光沿着弯曲的有机玻璃棒传播的原理类似.

(a)

(b)图4 光的全反射水槽

3)使用方法：打开激光笔，让光线垂直于水槽面入射，入射角为0°，光在同种介质中将沿直线传播. 逐渐倾斜激光笔，增大入射角，原本从水槽射向空气的光线在水槽与空气的界面处发生全反射，一系列的全反射使水槽中原本呈直线的光线变为折线.

4)优点:全反射水槽实验成本低，制作简单，现象明显. 不仅可以实现导光，而且可以清晰地展示水槽内部的全反射光线，加深学生对于全反射现象以及全反射产生的条件的理解. 在课堂教学中，可以将此教具引入新课，激发学生对所学内容的兴趣. 新课学习之后，引导学生运用所学知识解释其中的原理并让学生课后亲手制作，加深学生对本节知识的理解与应用并锻炼其动手能力，培养学生应用所学知识解决问题的能力，从而达到提高教学质量的目的.

3 自制光控音响

1)所需材料：音响、光控开关、手机、电池盒、光导纤维、激光笔.

2)制作方法：将电源、音响、光控开关按光控音响原理图5所示连接，音响的播放文件线与手机接通，手机可提供播放的音乐，将光导纤维一端与光控开关相连，另一端连接激光笔，自制完成的光控音响如图6所示. 通过激光笔开关控制光控开关的断开与闭合，从而控制音响发声情况.

图5 光控音响原理图

3)优点：实验成本低，制作简单，现象明显. 在课堂教学中将教具引入新课，可以激发学生的好奇心、求知欲以及学习热情，活跃课堂气氛与学生思维. 学习光导纤维后揭晓其中的奥妙，可以体现课堂的完整性，帮助学生理解并掌握光导纤维及其应用.

图6 光控音响实物图

4 结束语

自制教具对中学物理教学起着积极的促进作用，物理教师应从生活出发，多思考，多交流，积极研究和开发自制教具，在提高自己设计制作自制教具能力的同时也有利于培养学生的实践能力与创新精神，提高学生的物理核心素养.