基于“生活化”的实验设计

李军

摘要：在应用三棱镜进行白光的分解与色光的合成实验设计中，取材于学生生活中熟悉的器材，设计“生活化”实验探究方案，指导学生经历科学探究的过程，培养学生科学思维方法，提高初中学生的科学探究能力。

关键词：光的色散;白光的分解与合成;led光源;窄缝

“光的色散”是苏科版八年级（上册）第三章光现象“光的色彩 颜色”一节的教学内容，教材在提出探究太阳光的色彩课题时，设置了学生探究活动“分解太阳光”实验。笔者选择学生生活常见的材料制作了一些简易配套器材，精心研究实验环节，实验操作简便，趣味性强，易于学生探究活动，有利于培养学生的科学思维和科学探究能力。

实验器材设计与制作

平行光源的设计 光源可用家庭常用的led灯小手电筒，或者使用手机led灯，这些都是学生容易准备的，led灯光色基本是白色的，但是光束发散且亮度不够，需要选用一个焦距较短的凸透镜聚光，使led灯光源处于凸透镜焦点位置附近，在光屏上会形成一亮度较高的圆斑。圆斑的大小接近透镜，可将光束视为平行光。

挡光板的制作 为了准确观察光束射入和射出三棱镜的位置，需要用白色硬纸板制作两个挡光板，挡光板的长度为10cm，宽度为5cm，其中一个挡光板上用刀片刻出宽为3mm，长为15mm的窄缝，然后在纸板的背后用胶带纸固定到中性笔的笔芯杆一端上，将笔芯杆的另一端插入支座上。当平行光束射到窄缝时，在光屏上会形成清晰狭窄的白光带。

另一个挡光板也可以在背后用胶带纸固定到中性笔的笔芯杆的一端，以备用于观察光束射入和射出棱镜的路径和光斑大小的变化。

光屏 光屏可用一窄长的白纸板制作，并用胶带纸固定在支座上，也可以以白墙为光屏。

三棱镜的选取 选取带支座的J2511型三棱镜两个，使三棱镜竖直放置安装在支座上，并可以绕轴转动。

实验方法研究

白光的分解 如图1，将光源、凸透镜、带窄缝的挡光板、光屏依次放置在水平桌面上，保持它们的中心在同一高度、同一直线上，使光源发光，调整光源、透镜与窄缝的距离，直到光屏上出现清晰的窄条型白光带。

将三棱镜移到窄缝与光屏之间，适当调整三棱镜的高度和角度，使光束带刚好从一个侧面射入，绕轴缓慢旋转三棱镜，直到光屏上得到彩色的光带。

用备用的挡光板分别放在三棱镜的不同侧面观察光束的入射位置和出射位置，可以判断光束在两个侧面分别向底面发生了两次偏折，说明彩色光带的出现与光路发生偏折有关。再从出射位置向光屏逐渐移动挡光板，会发现挡光板距离三棱镜越近，光谱带亮度越高，但光谱范围狭窄，各种色光纠集在一起，不够清晰，接近白光;当挡光板与三棱镜较远，光谱的亮度变弱，但范围变宽，各种色光分解的更清楚。上述现象表明：各种色光经过三棱镜时会发生不同程度的偏折，是造成白光可以被三棱镜分解的原因。

白光的合成 如果白光是由七种色光组成的，那么就一定能用它们再合成白色光。如图2，在白光分解实验的基础上，将第二个三棱镜移动到第一个三棱镜与光屏之间，调整它的高度使光带刚好能落到它的一个侧面，缓慢旋转三棱镜，当它的侧面与第一个三棱镜侧面接近反向平行时，会看到在光屏上的彩色光带消失，而在其他位置会出现一束较窄的白光带。用备用挡光板检查光带在第二个三棱镜侧面的位置，可以发现光束在棱镜中再次发生两次偏折，又聚成白光。

实验小结 通过实验学生就可以得出以下结论：①利用三棱镜可以将白光分解，也可以合成白光，表明白光（太阳光）是由七种色光混合而成的。②三棱镜能将白光分解与合成的原因是各种色光在经过三棱镜时的偏折程度不同。

实验设计的意义

本实验在参考牛顿的色散实验基础上，联系学生生活经验，研究了应用led灯作为光源的实验方法，由于这些器材生活中常见，因而方便与学生在课外活动或家庭中进行实验。由于实验中涉及到凸透镜应用，本实验也可以安排到总结复习时做，可以提高学生对光学知识的综合应用能力。实验器材挡光板的制作有利于学生观察光经过三棱镜分解和合成的过程，实验方法也便于学生能通过小组合作的形式循序渐进地进行科学探究，体验从发现问题到解决问题的过程中，找到问题与规律的联系，感悟经历观察、实验和科学思维从而建立科学概念的过程。

教师也可引导学生学会应用手机的一些功能开展学习活动，如手机的照相、摄影的一些特殊功能以及光源都可以丰富物理實验研究的手段，这些生活化实验器材的应用有利于培养学生学习物理的兴趣和积极性。

（作者单位：陕西省西安市第三十中学）