“光的反射”实验装置的创新与改进

甘肃省民勤县第六中学(733399) 石玉慧

在具体的物理教学实践过程中，教师对现有物理教具进行创新和改进，不但可以提高教师自身的业务水平，还可以点燃学生学习物理的思维的火花，培养他们的动手操作意识及创新能力。

1 课本实验设计的不足

人教2011版物理课本八年级上册第4章第2节“光的反射”一节实验教学中，把一块平面的镜子先放置于实验桌面上，然后把一块白色的纸板ENF放在这块镜子上且与它所放置的镜面保持垂直关系，实验中用白色纸板来承接光线。

然而，该探究方案在具体实施时存在以下几点不足：

(1)实验时往往很难一直保持白纸板与平面镜相互垂直，同时白纸板不够平整，以至于反射光线在纸板NF上时有时无。

(2)常规实验条件下激光笔发出的激光束不能完全呈现在白纸板上，实验中光线经常时有时无，操作的稳定性差，学生做起来很麻烦。

(3)要用不同颜色的笔记录入射光线EO和反射光线OF的径迹，步骤繁琐，费时耗力，学生一不小心就会操作失误。

(4)入射角的大小不确定性大，并且需要我们借助于量角器来确定入射角i和反射角r两角的大小，在判断反射角与入射角的大小关系时稍有不慎，就会造成较大误差，甚至得出错误结论。

2 实验室配备装置的缺陷

在目前中学教学中常用实验室配备的“光的传播、反射、折射实验器”(见图1)来演示该实验，但是该装置在设计上仍然存在缺陷：

(1)反射光屏没有设计向后转动的功能，无法探究三线共面的问题，不能保证实验探究的严谨性。

(2)反射面固定不稳，不能保证镜面与反射面垂直，致使另一侧纸板NF上可能无法观察到反射光线。

(3)配套装置中塑料镜片对光线的反射效果差，白屏上入射光线和反射光线径迹可见度低，实验现象不易观察到。

图1 光的传播、反射、折射实验器

3 实验探究装置的改进

3.1 实验器材

木工板2块、合页、螺丝、螺丝刀、平面镜、激光笔、激光束光器、打印有量角器的A4纸、美工刀。

3.2 仪器装置

改进装置如图2所示。

(1)用合页将2块相同的长方形木工板连接起来，制作成可绕法线旋转的光屏。

(2)将打印有量角器的白纸用美工刀从中间裁开，贴在木工板上。

(3)将一块平面镜放置在桌面上，木工板和合页制作的旋转光屏底部置于平面镜上。

3.3 仪器操作

(1)把激光笔安装在束光器前端，以一定角度射向量角器圆心处镜面上(见图3)，观察并记录入射角和反射角。

(2)让入射光线从光屏NF上沿原来反射光线的径迹反向射向镜面，观察木工板EN上反射光线的径迹。

(3)逐渐改变入射角的大小，重复步骤(1)的操作。

(4)将激光笔以一定角度沿木工板EN射向量角器圆心处镜面上，将木工板NF向后转动，观察木工板NF上是否有反射光线(见图4)。

图3 入射光线

图4 反射光线

4 实验创新点及应用效果

(1)光源系统选择红色激光器加装束光器的方式，使激光的光束分束成线状光带，光带细长而明亮，同时使用常用的光的反射能力很好的玻璃镜面充当反射面，入射光线和反射光线就更加清晰地在光屏上显现出来，增强了实验现象的可视性，使学生很容易通过实验现象总结出光的反射定律。

(2)带有量角器的光屏始终与平面镜保持垂直，使得光路更加稳定地呈现在光屏上。另外，打印有量角器的A4纸贴在木工板上比白纸板更加平整，也就更容易观察到光的传播路径。

(3)由木工板和合页制作的旋转光屏底部置于平面镜上，使用由木工板和合页制作的旋转光屏NF，使其与入射光屏EN不共面，观察反射光屏上是否有反射光线，从反面探究验证了三线共面的问题。

(4)反射角与入射角的角度数据可从打印有量角器的光屏上直接读出，消除了描入射光线和反射光线操作复杂费时的缺陷，可以准确测出角度，减小实验误差，更有利于探究两角大小关系和三线位置关系。

(5)取材方便，自制实验器材的原材料简单易得、价格低廉，如木工板边角料和镜面，制作好了以后还可以长久使用，易于推广应用。

(6)经过改进后的实验装置放置稳定，可操作性强，实验现象明显，便于开展学生分组实验和教师演示实验。笔者曾在全市课堂教学技能大赛活动中运用该自制教具进行实验教学，实验的效果很好，也因此获得了市级教学技能大赛一等奖。