“光的折射”实验方案修改

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  【摘 要】总的来说,光的折射现象可分为两类:一是光在不同介质中传播时,在界面处传播方向会发生变化,如池水看起来变浅等;二是光在同一种不均匀的介质中传播方向发生弯曲,如海市蜃楼现象,而针对人教版义务教育教科书八年级上册《物理》中“光的折射”这一节中的实验设计较少且现象不明显的问题,笔者通过网络搜索及自身尝试总归出一种较容易且现象明显的方案。
  【关键词】光的折射;漫反射;实用性;可观性
  光的折射定律:光从空气斜射入水中或其他介质中时,折射光线会向法线方向偏折,折射角小于入射角。当入射角增大时,折射角也增大。当光从空气垂直射入水中或其他介质中时,传播方向不变。这里要补充一点,当光从水或其他介质斜射入水中时,折射光线是远离法线方向偏折的,此时入射角小于折射角。人教版八年级《物理》上册第四章第四节《光的折射》一节中的实验部分“探究光折射时的特点”,原文如下:
  探究光折射时的特点:
  让一束光从空气以不同的角度射入水中,观察光束在空气中和水中的径迹。光束进入水中传播方向是否发生了偏折?向哪个方向偏折?
  [技巧]:为了便于观察实验现象,在杯子中滴入几滴墨水或者牛奶,或是收集一些烟雾,在玻璃箱的后面放上一块白色的纸板,目的是利用漫反射现象,便于看清楚折射现象的入射光线和折射光线。[1]
  1.本实验设计的不合理处
  人在从侧面看时,看不到现象,原因是光在同种均匀介质中沿直线传播,而此时的光不会进入人的眼睛,所以坐在侧面的学生会看不到现象。
  显然,教材中通过两个技巧来解决现象不明显的问题,一是在水中加入一些物质,利用丁达尔散射现象,二是利用白纸板的漫反射现象,可以说设计非常合理,但实际中却不能实现此现象,其原因大致可以分为以下几方面:
  第一,作为一个演示性试验,其可观察性不强,故,没有了演示实验的意义所在。而教参中又建议学生自制器材去观察现象,我觉得不太合理,虽然自制教才能够提升学生的动手操作能力及观察,但是八年级的学生刚刚接触物理又没有学过化学知识,很难去想明白为什么要放钢笔水或牛奶,而且对于白纸板也不应定能贮备完全,很多专门教物理的教师都不一定能看到明显的现象,何况这些刚刚接触物理的学生们?
  第二,该实验的不确定性,即在器材准备完善的前提下不能保证每次都能看到现象或是较为明显的现象,钢笔水或者牛奶倒是还可以找到,烟雾的收集就比较困难了,又不能保证牛奶或钢笔水的纯度,而烟雾是悬浮于空气的固体小颗粒,容易飘散,即使被装入密闭的瓶子中,在使用时也不好向外取。当然,对于爱吸烟的又从事教师这个行业的人士可能制取烟雾比较方便,可是随时制造的烟雾不能永久在水面上方漂浮,稍纵即逝,还没来得及观察现象就飘散了,而且作为教师,在学生面前吸烟会有损自身的形象。如果不用烟雾,就要使用另外两种物质,以牛奶为例的话,我们可能很难把握滴入牛奶的量,多了,既是浪费又会使牛奶挡住光线,少了,就会现象不明显。
  第三,本实验所需要准备的器材过多,这样就会大大影响学习的效率而且显得不整洁,时间耗费也较多,不科学。演示实验的理念应该是器材少而演示过程简介明显即可,所以本实验的设计也不符合演示实验的最基本要求。
  基于以上几个方面的原因,笔者通过思考发现本实验中的几个关键所在,为了便于观察实验,对于水槽的透明度的要求较高,一是对水槽侧壁要求要有良好的透光度,二是对于水槽的透明度的要求要低,由此而进入两难的境地,为了解决这个问题,我设计了如下的一种改进方案:
  2.设计方案的引入及改进
  2.1引入
  首先要借助教室内设有的多媒体课件,展示几组自然界中的建筑或树木在水中倒影的图片,启发学生思考:“为什么倒影和实际物体相比会有颜色上的深浅之差?”由此带着同学巩固复习反射的知识,让学生知道反射时只有一部分光线进入了我们的眼睛,接着提出问题:“另一部分光去了哪里?”由此引入光的折射,并找几位同学画出其认为的折射光线应该怎样射出。目的是激发学生的兴趣,为实验探究做铺垫。
  2.2对教材实验的改进方案
  实验器材:一支激光笔,一只一次性纸杯,水,铁架台。
  准备实验:将激光笔固定在铁架台上,并用铁架台上自带的铁夹子夹住激光笔的开关,目的是是激光笔能够连续发出光线,调整激光笔的角度和高度,让其发出的光线能够恰好通过一次性纸杯的杯口位置并照在另一侧的杯壁上,由于激光笔的穿透力较强,所以会在杯壁上看见一个红色的亮斑,这个亮斑在漫反射下非常明显,让此红色光斑正对着同学们,目的是提高实验的观察性,用笔在纸杯的外壁上原光斑处做一个标记,将水逐渐加入水杯中,每隔一会记下光斑的位置,最终将光斑的起点与终点进行连线。每加一次水,光斑会向下移动,由此得出结论光从空气斜射入水中时,传播方向发生了向下偏折的现象。
  【参考文献】
  [1]人民教育出版社.义务教育教科书 物理 八年级上册.
  [2]人民教育出版社.义务教育教科书 物理 八年级上册 教师教学用书.
  [3]王红祥.2011年第10期《关于“光的折射”实验的改进方案》(编号:2011-04-188).
  [4]邓华梅.教学仪器与实验.2000年第X2期(编号:512156).
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