初中物理光学教具的研发改进与课堂应用

向优生 方子怡 冯 庆 牟银勇 李 鸿 李 建

（1，重庆市育才中学校，重庆 400050；2.重庆大学，重庆 400044；3.重庆师范大学；重庆 400047）

引 言

新型凸透镜成像教具第一光源发生器通过维度支架来调节激光光束的角度，于凸透镜光心穿出，第二光源发生器发出平行激光光束，于凸透镜处发生折射，由此，两束激光光束于充满烟雾的密闭室中模拟出凸透镜成像原理，并可以通过密闭室中的刻度尺读出像距、物距，具有环保、操作简单、生动有趣、便于理解凸透镜成像规律的优点。

在凸透镜成像实验的教学中，传统的凸透镜成像实验具有以下局限性：（1） 采用蜡烛做光源，不能显示出光线的传播方向；（2）蜡烛燃烧产生有害气体，既不健康也不环保；（3）光屏成像时需手动调节像距，难以找到清晰的像，容易产生实验误差，操作起来比较困难；（4）不能直观观察到凸透镜成像的规律， 需通过数据总结才能得出，导致刚接触物理知识的学生难以理解凸透镜成像规律。鉴于以上局限性，现有的凸透镜成像实验很难达到教学效果。为了让学生更直观地观察光传播的特点，我们放大了演示实验的效果，改进了光在同种均匀介质中传播特点的实验。在生活中取材，巧妙地采用象棋盒板或奖状证书壳做探究光的反射定律光屏。

一、实验过程

（一）探究凸透镜成像规律（见图1）

图1 新型凸透镜成像教具结构图

相较于现有技术，本实验使用新型的凸透镜成像教具，通过第一光源发生器及第二光源发生器发出激光光束，于密闭室中模拟凸透镜成像原理，并通过密闭室中的刻度尺读出像距、物距，进一步探究凸透镜成像规律。本实验采用光源发生器发出激光光束，采用维度支架来调节第一光源发生器发出光束的角度，使得像距、物距发生变化，具有环保、操作简单、生动有趣、便于理解凸透镜成像规律的优点[1]。

（二）探究光的传播

为了让学生得出“光在同种均匀介质中沿直线传播”，教师先让学生思考为什么太阳光能够传播到地球，提示学生太阳到地球有很长的空间是真空的，再让学生区别声音的传播条件，最终得出“光可以在真空中传播”的结论[2]。

这可以让全班的学生清楚直观地看到光在空气中传播的特点，即使不做实验也可以让学生身临其境，得到更好的实验体验。值得注意的是，为了让学生明白光线是不存在的，我们采取的是模型法。光在水中的传播可沿用传统的实验方法，需注意在水中不要滴太浓的墨水，以免影响激光束的穿透能力。固体中的传播演示应紧贴磨砂的一面演示出光束。（见图2）

图2 光在均匀透明玻璃中的传播演示原理图

（三）探究光的反射定律

光的反射定律比较简单，学生理解起来比较容易，但是要成功地设计并完成实验，需要学生和教师在生活中取材，本次课堂教学用贴上白纸的象棋盒或是奖状证书对折显示激光光路的平面。为了总结探究入射角与反射角的大小关系，教师还可以在光屏上画出角度和法线，将平面镜固定在光屏的底部或中间位置，用三个小钉固定平面镜保证其不影响光屏折叠。

（四）探究平面镜成像的规律

对平面镜进行腐蚀处理，可得到两面透镜和两面平面镜交叉分布，即可清楚地探究比较出平面镜成像中像和物的大小关系，以及距离关系，进而让学生理解平面镜成的是虚像，是对原有有色薄玻璃的巧妙转换。（见图3、图4）最后教师可以让学生自主探究平面镜成像的特点。（见图5）

图3 探究平面镜成像特点原理图

图4 探究平面镜成像特点原理侧面图

图5 课堂学生探究平面镜成像特点

二、结果与讨论

【具体教学实施方式】

（一）新型凸透镜成像教具

为了使新型凸透镜成像教具的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合图片进一步详细说明，图6为新型凸透镜成像教具在课堂上的应用，图7为课堂实践多功能LED演示板，图8为凸透镜成像实验效果图。

图6 新型凸透镜成像教具应用于课堂教学

图7 课堂实践多功能LED演示板

图8 凸透镜成像实验效果图

（二）光的直线传播

通过教室中激光束在无毒烟雾中的光路演示和固体、液体中的光路演示，让学生对“光在同种均匀介质中沿直线传播”这个光传播的基本性质深信不疑。

（三）平面镜成像的特点

通过比较两个相同的物体在田字格特殊玻璃和镜子中的像的大小，学生能清晰地观察到重合的位置，得到平面镜成的像与物体的大小相等，像到镜面的距离等于物体到镜面的距离等原理。

结 语

通过对初中物理教学特点的分析，结合初中物理课程标准要求，我们对初中物理光学部分演示实验进行了改进和创新。新型改进实验教学演示课大大提升了学生对物理的兴趣，使学生对物理概念的掌握更加牢固，通过对比实验的方式激发了学生的创新意识，有助于培养学生的动手和思维能力，是物理基础教学改革一次有效的尝试。