自制简单光学研究仪——光的色散及探究不透明物体颜色成因实验创新

江苏省苏州市工业园区星港学校(215021) 褚珈宁

初中物理是建立在实验基础上的学科，物理课堂缺少了实验，理论知识就犹如纸上谈兵。实验教学，不仅可以吸引学生注意力，激发学生学习物理的兴趣，还可以帮助学生理解抽象的物理知识，提高课堂教学效率。所以，作为一名初中物理教师，在平时的教学中就需要关注实验教学的优化。苏科版初中物理8年级上册第3章第1节“光的色彩颜色”中涉及到了光的色散和探究不透明物体颜色成因两个实验。这两个实验受环境因素的影响很大，前者实验成功率低，实验效果很难保证。后者由于无法获得纯净的单色光进一步探究，导致教材中所提供的材料利用率低。笔者利用自制的简单光学研究仪，操作便捷，排除了绝大部分环境因素的干扰，实验现象明显，成功率高，学生学习的积极性被极大程度地调动起来。

1 实验的要求与意义

光的色散实验要求学生了解白光通过三棱镜可以分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，从而理解白光是由多种色光混合而成的，为后面学习透明物体和不透明物体颜色成因两个知识点奠定了基础。

对教材中鹦鹉图片的观察实验是为了引导学生理解不透明物体的颜色是由其反射的色光所决定的，这对学生学习、理解、运用光的知识具有相当重要的意义。

2 教材设计的实验的不足

2.1 光的色散实验

该实验受环境因素的影响较大。三棱镜需要强烈的太阳光照射，若某些教室地理位置不佳，阳光无法射入，教师还需要考虑如何利用平面镜将日光引入室内。遇上阴雨天气，日光较弱，实验的成功率也大大降低。故此实验操作难度大，不方便，耗时长，实验现象不清晰。在平时的教学中，教师大多采用播放实验图片和视频的方式进行代替。即使进行现场实验也以教师演示实验为主，几乎没有学生的亲身体验。

2.2 探究不透明物体颜色的成因

教材上设置的鹦鹉图片是为了帮助分析不透明物体颜色的成因：不透明物体的颜色是由其反射的色光决定的。在平时的教学中，学生仅能利用环境所提供的太阳光或者是教室中的灯光观察图片，即只在白光的照射下观察，图片的利用率很低。若能获得较为纯净的单色光探究，就能发现照射光的颜色不同，鹦鹉同一个部位会显示出不同的颜色，从而排除实验的偶然性，佐证所需说明的物理原理。但是，物理课堂只能在白天进行，各处都存在着白光，想在纯净的单色光下实验几乎是不可能的。

3 教具的创新点

3.1 光的色散实验

笔者在制作教具前对光源、三棱镜进行了筛选与改进。笔者先将两片硬纸片贴在大功率探照灯的头部，使其投射出较细的线形白光，以此来代替阳光。再定制了横截面为边长5 cm的等边三角形的大号三棱镜。最后将光源放入暗箱，光屏贴在暗箱内壁，调节各个仪器的角度，观察到明显的光的色散现象。

3.2 探究不透明物体颜色的成因

笔者在制作教具前对单色光手电筒进行了加工。如图1所示，笔者将红、绿、蓝三原色光手电筒与相应颜色的滤光片(各两片)用热凝胶粘贴在一起，以增强单色光的纯净度。随后将三支手电筒分别粘贴在暗箱的前盖上(事先钻好了投射孔和观察孔)，打开手电筒能确保单色光可以照射在鹦鹉图片的各个部位。学生通过观察不透明物体各个部位所发生的颜色变化，从而理解颜色形成的原理。

图1 装置图

4 实验过程

4.1 光的色散

实验过程：①将暗箱前盖取下；②将三棱镜放置在事先标注好的点位上；③打开探照灯，调整好角度，使得线形光以竖直方向投射出；④慢慢转动三棱镜，直到光屏上出现明显的彩色光带为止。

实验结论：白光是复合光，它是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光混合得到的。

4.2 不透明物体颜色的成因

实验过程：①将暗箱前盖盖上；②分别打开红、绿、蓝三原色光手电筒，通过观察口观察鹦鹉各部分的颜色。

实验现象见表1。

表1 实验现象

实验结论：不透明物体实际呈现的颜色不仅与不透明物体本身的性质有关，还与照射它的色光有关。物体看起来是红色的，是因为照射的光中有红光的成分，被物体反射入人眼中，其余的色光都被吸收了。若一个物体可以反射所有的色光，这个物体看起来就是白色的，若一个物体没有反射任何的色光，那么该物体看起来就是黑色的。即白色物体可以反射所有色光，黑色的物体吸收所有的色光。

5 自制教具的优点

(1)利用暗箱，排除绝大部分白光的干扰，使研究对象能在较纯净的单色光下进行实验，充分利用了教材所提供的材料，增强该实验的可探究性。

(2)将大功率探照灯进行加工，使其投射出较强的线状白光，光的色散实验脱离了自然环境的束缚，实验现象更为清楚与稳定，并且将教师演示实验转变为学生的探究实验，激发了学生学习物理的兴趣。

(3)自制的教具将简单光学中的两个实验相结合，仅用了一个实验装置完成，实验操作非常便捷。观察的实验现象对学生来说非常直观、稳定，更有利于学生理解光的组成和颜色的形成。