运用对比思维 构建高效物理课堂 *——以“光现象”复习为例

贾 丽

(南京师范大学附属中学仙林学校初中部，江苏 南京 210023)

初中光现象的内容主要为光的直线传播、光的反射和光的折射，涉及的知识点很多，比如光现象的描述与判断、光学实验器材的选择与操作、实验证据的分析与总结等。笔者运用对比思维，进行同中求异、异中求同，主要以案例的形式从三个方面进行初中光学复习。

1 对比光路，明确现象成因

例1:图1是小明春游时在水边看到的美景，能正确反映他看到水中“树木”的光路图是( )。

图1

光现象主要涉及光的直线传播、光的反射和光的折射三种情况，用光路图准确表达出光的传播路径是中考物理的考点，三种情况下光路图中光源、传播的介质、方向具有相似性，解决的方法是对比三种光现象的光路，明确其中主要区别，利用光路相同点和不同点，可以提升对光现象光路的辨析能力(表1)。

表1

图1展示了水面上树木的倒影，平面镜成像涉及的是光的反射规律，光的传播路径发生在空气中,传播方向发生改变，光来自树，到达水面发生反射后指向小明的眼睛，故B选项正确。

如果该题把题干改成看到水中的“鱼”，可判断出该现象为光的折射，因为鱼在水中，涉及两种不同的介质，看到的是鱼的虚像，光来自水中的鱼，到达水面后发生折射后进入人眼。对比发现：相同点为人眼看到的“树”和“鱼”都是虚像，光源是实际的物体，传播的方向都是指向观察者的眼睛；不同点为树在空气中而鱼在水中，前者的光路在同种介质中，后者的光路在不同种介质中。

为了检验学生是否学会了这样的方法，可以通过变式训练进行检验。

变式训练1：如图2所示，射水鱼发现水面上的小昆虫后，从口中快速喷出一束水柱，将昆虫击落。下列图中能表示射水鱼观察到小昆虫的光路为( )。

图2

射水鱼观察到小昆虫的光路涉及两种介质：水和空气，运用光的折射规律，可知D选项正确。

2 分析对比，明确实验过程

例2:如图3所示，在“探究光的反射规律”实验中，小明将硬纸板竖直立在平面镜上，硬纸板上的直线ON垂直于镜面，右侧纸板可绕ON向后转动，如图3甲所示，入射角等于。若增大入射角，则反射角；若将右侧纸板向后转动，使光线沿左侧纸板入射(图3乙)，在右侧纸板上(能/不能)观察到反射光线。

图3

例3：在“初识光的折射现象”和“探究光的折射特点”实验中。

(1) 如图4甲所示,小明将一束激光射至P点,形成一个光斑,向水槽内慢慢注水,水槽底部光斑的位置将(向左移动/向右移动/不动),这说明光从空气斜射入水中时,传播方向(会/不会)发生偏折。实验中光在空气中的传播路径并不清晰,为解决此问题,可在水面上方喷一些。

图4

(2) 如图4乙所示,小明继续探究光从空气射入水中时的折射特点,他使用了可翻折的光屏,这是为了研究折射光线、入射光线和法线是否。如图4丙所示,他将光沿着AO方向射向水面上的O点,光在水中沿着OB方向射出,调整激光笔，使入射光逐步靠向法线,折射光也逐步偏向法线,说明光从空气斜射入水中时,入射角减小,折射角随之(增大/减小/不变)。当光沿着NO方向射入时会沿ON′方向射出,此时折射角为。

以上两例涉及光的反射规律、光的折射特点的探究，两个实验在操作过程中具有相似之处，对比发现：(1) 实验中主要探究线与线的位置关系、角与角的大小关系。选择能翻折的纸板，在实验中便于显示光的传播路径、探究三线是否共面、比较两角的大小关系，两个实验的共同点为三线共面；(2) 纸板上带有量角器，便于改变并比较反射角与入射角、折射角与入射角的大小关系。对比线与线的位置关系时，都以法线做参考，反射光线与入射光线、折射光线与入射光线均位于法线的两侧。(3) 探究光的折射中角度关系时，让光从一种介质进入另一种介质，折射角是否总是小于入射角？因此该实验比光的反射多了一步操作，要让光线从水中斜射入空气，并改变入射角的大小，会观察到折射角总是大于入射角。两实验在器材选择及操作上的相同点和不同点如表2所示。

表2

根据光的反射规律中两角大小相等、三线共面，例2的答案为：30°、增大、不能。例3是探究光的折射特点，折射角随入射角的增大而增大，光从水中进入空气时，折射角大于入射角，所以折射角最先达到90°度，反射光线与入射光线分居在法线的两侧，故例3的答案为：(1) 向左移动、会、烟雾；(2) 在同一平面、减小、0°。

3 对比成像特点，拓展知识应用

例4:有一小组利用光具座进行成像实验研究，如图5甲所示，虚线框内可插入的实验元件有：中央有小孔的纸板、透明薄玻璃板、凸透镜，实验中在虚线框内放入上述某一元件。

图5

(1) 在进行图5甲所示的实验时，若在光屏上出现图5丙(a)所示的像，则方框内插入的元件可能是。

(2) 此后，将蜡烛从30cm移到40cm刻度线处。

① 若光屏位置未变，光屏上的像由(a)变成(b)，则方框内的元件是；

② 若无论怎样移动光屏，光屏上仅有亮度均匀、大小不变的亮斑，则方框内的元件是。

(3) 在方框内插入透明薄玻璃板时，无论怎样移动光屏，都不能在光屏上看到像，这是因为。

分析：本题涉及三种光学元件(小孔、平面镜、凸透镜)的成像特点，平面镜成正立、等大的虚像，小孔和凸透镜都可以成倒立的实像，具有相似性，学生特别容易混淆。

在物距相同时(大于凸透镜的1倍焦距)，分别将用平面镜、小孔和凸透镜所成的等大的像、缩小的像和放大的像放在一起进行对比，根据像距与物距的大小关系，发现存在一个共同点，适用于小孔和凸透镜成实像的所有情况，也同样适用于凸透镜成虚像的情况。不同点是：平面镜成的是正立的虚像；凸透镜所成实像的大小决定于物距和两倍焦距之间的关系，成实像还是虚像决定于物距和一倍焦距之间的关系；小孔和凸透镜均能成实像。

在多组实验中，使用同一光学元件，物距不同，像距、像的大小也不同；无论成像的虚实，像距与物距的比值等于所成像的大小与物体大小的比值(表3)。

表3

解答：(1) 该问中给出的条件是在光屏上看到了像，用光屏接收的是倒立的实像，对比三种光学元件，小孔和凸透镜均可以成倒立的实像，故插入的元件是中央有小孔的纸板、凸透镜。

(2) ① 根据屏上接收到的是等大的像，可以判断出此时光屏上成的是与蜡烛等大的实像；当像的大小发生变化时，小孔可以只改变物距或像距。而凸透镜的物距和像距会同时改变，一个增大，另一个要减小。本问中的光屏位置不改变，只减小了物距，就可以判断出方框内的元件是中央有小孔的纸板。

② 若无论怎样移动光屏，光屏上仅有均匀的亮斑，此时光屏上呈现的不是像，排除了中央有小孔的纸板、透明薄玻璃板，只能是凸透镜，而且此时蜡烛恰好位于凸透镜的焦点处，焦距为10cm。

(3) 在方框内插入透明薄玻璃板时，因为其靠近的蜡烛的一面可视为平面镜，成正立的虚像，所以光屏上接收不到。

4 结语

笔者以“光现象”的复习课为例，采用对比的方法，从“光路”“操作”“成像”入手，同中求异，异中求同，充分调动学生的探究热情，便于学生理解相似实验之间的异同，同时作为初中相似内容的一部分，这样的处理方法能有效拓展学生的思维，提升学生综合运用知识的能力。