李金華
摘 要:針對光的直線傳播實(shí)驗(yàn)中,探究光在三種不同狀態(tài)的物質(zhì)中傳播不明顯的現(xiàn)象,以及小孔成像的演示過程的不足,提出了自己的改進(jìn)想法,并對一些實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn)后的自制教具。
關(guān)鍵詞:光的直線傳播;演示實(shí)驗(yàn);改進(jìn);設(shè)想
中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2015)2-0060-2
光的直線傳播是蘇科版物理八年級上冊光現(xiàn)象第三節(jié)的教學(xué)內(nèi)容,教材中安排了探究光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的教學(xué)。實(shí)驗(yàn)中筆者發(fā)現(xiàn)探究“光在不同狀態(tài)物質(zhì)中傳播”時現(xiàn)象很不明顯。在接下來研究小孔成像時,又發(fā)現(xiàn)不好演示改變孔的形狀和大小來觀察像的變化,而且所成像亮度太暗,觀察效果差。針對以上不足,筆者對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了部分改進(jìn)和制作,下面從三個方面分析筆者的嘗試和設(shè)想,以給大家一些啟示。
1 探究光的直線傳播實(shí)驗(yàn)的常用方法分析
1.探究光在三種不同狀態(tài)的物質(zhì)中傳播時,我們常采用以下的一些做法:①為觀察光在空氣中的傳播情況,常在燃燒皿燃燒碎紙片產(chǎn)生煙霧,讓激光束穿過煙霧來觀察;②要觀察光在液體中的傳播情況,會選用清水(或有顏色的水),讓激光束穿過清水(或有顏色的水)來觀察;③觀察光在固體中的傳播情況,常選一塊長方體玻璃磚,讓激光束穿過玻璃磚來觀察。
2.探究光在不均勻介質(zhì)中傳播時,常選用盛有清水的大玻璃容器,往里面不斷加入食鹽,使上下面呈現(xiàn)出不同的濃度,然后觀察激光束斜穿過不同濃度鹽水的傳播情況。
3.教學(xué)時為幫助學(xué)生進(jìn)一步理解小孔成像現(xiàn)象,常選用易拉罐,半透明膜、蠟燭等器材,設(shè)計(jì)如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置:將易拉罐上部去掉,用黑漆將其內(nèi)壁涂黑,并用鋼針在底部中心打一小孔,把薄膜固定在罐的上部,點(diǎn)燃蠟燭,讓小孔正對蠟焰,移動罐到燭焰的距離,直到薄膜上出現(xiàn)燭焰的像。
在教學(xué)實(shí)踐中,筆者嘗試做了這些實(shí)驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)它們存在不足之處。例如:看不清楚光在媒體中傳播的路徑。光在鹽水中傳播時路徑的彎曲不明顯。小孔成像的觀察效果差等。
2 對教材中光沿直線傳播實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施
筆者對這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下的改進(jìn):
實(shí)驗(yàn)1:選用一個長方形玻璃容器,上面加蓋一張硬紙板,在其中間用鋼針打個小孔,用細(xì)線把蚊香吊在容器的中央(如圖2)。點(diǎn)燃蚊香一會兒,待容器中充滿濃煙時,讓激光束穿過充滿濃煙的容器,可清晰觀察到光在空氣中沿直線傳播。
實(shí)驗(yàn)2:同樣選用一個長方形玻璃容器,在里面加一大半水,滴入幾滴牛奶,用玻璃棒攪拌均勻后靜置一會兒,用激光束沿水平方向穿過水中,可清楚觀察到光在水中沿直線傳播。
實(shí)驗(yàn)3:選擇一面經(jīng)過打磨的毛玻璃來做實(shí)驗(yàn),讓激光束緊貼著其內(nèi)表面?zhèn)鞑ィ蜻x用較大的果凍來做實(shí)驗(yàn),讓激光束穿過果凍,都能明顯看出光在玻璃和果凍中沿直線傳播,如圖3。
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實(shí)驗(yàn)4:選一個較大的長方形玻璃水槽,將事先配好的四杯濃度不同的糖水,按照濃度等比例從大到小倒入水槽中,靜置一會兒。由于各層糖水間相互混合,水槽內(nèi)形成了從上到下濃度逐漸變大的不均勻的糖水。將一束激光從透明水槽側(cè)面沿75°左右的入射角,由最上層溶液斜向下射入糖水中,可觀察到激光在不均勻糖水中的傳播路徑是向下彎曲。做此實(shí)驗(yàn)時,可同時做一個對照實(shí)驗(yàn),用激光束斜射入均勻的蔗糖溶液中,讓學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)光的傳播路徑仍是直線。
實(shí)驗(yàn)5:在研究小孔成像實(shí)驗(yàn)時,筆者試著制作這樣一個研究裝置。制作方法如下(圖4):①選用葡萄酒包裝盒做框架,把其四壁用墨水涂黑(作為暗箱);②選用16只紅色LED發(fā)光二極管組成“F”形,作為光源(標(biāo)號1);③選用廢舊的鐵皮做成兩塊長方形,成垂直方向固定,在一塊中間開一個比較大的孔(直徑大約6 mm)(標(biāo)號2);④另選一塊作為導(dǎo)軌承載帶小孔的板和物體,用粗導(dǎo)線固定在導(dǎo)軌上;⑤剪一小塊鐵皮,開三個不同形狀的孔(圓形、三角形和六邊形),然后將小鐵皮固定在開有大孔的鐵皮上(一個點(diǎn)固定,可以旋轉(zhuǎn),使三個小孔剛好都能經(jīng)過大孔)(標(biāo)號3);⑥撬開葡萄酒包裝盒底面一側(cè),安裝毛玻璃,作為光屏承接小孔所成的像(標(biāo)號4)。
實(shí)驗(yàn)時閉合開關(guān)使二極管發(fā)光組成“F”形,移動拉線桿調(diào)節(jié)像與物到小孔的距離,觀察毛玻璃上像的正倒和大小變化,撥動小鐵片改變小孔形狀,研究小孔成像與小孔形狀的具體關(guān)系。
3 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和設(shè)想
經(jīng)過上述改進(jìn)后,有如下特點(diǎn):
1.學(xué)生對改進(jìn)后展現(xiàn)出來的現(xiàn)象表現(xiàn)出更強(qiáng)烈的好奇和興趣,實(shí)驗(yàn)真正達(dá)到從學(xué)生的生活體驗(yàn)出發(fā),能讓每個學(xué)生都能親自參與體驗(yàn),獨(dú)立地去探索,充分發(fā)揮他們的時間和空間,激發(fā)起他們的創(chuàng)新潛能,從而獲得豐富的感性體驗(yàn)。
2.實(shí)驗(yàn)所用的器材都來自于生活,很容易獲取,學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程操作安全、方便,充分體現(xiàn)了從生活走向物理,從物理走向社會的新課程理念。
3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較以前更加明顯,即使在光線充足的白天課堂上也能看得很清楚,有利于學(xué)生對光沿直線傳播知識的理解,更方便教師對實(shí)驗(yàn)過程作出科學(xué)的解釋。例如:選用LED發(fā)光二極管組成的“F”形研究小孔成像時,其發(fā)光亮度高,受外界光線影響小。課堂演示時,很容易比較像與物的上下位置和左右關(guān)系。這是用燭焰做該實(shí)驗(yàn)達(dá)不到的,通過移動小鐵片改變小孔的形狀,為接下去的實(shí)驗(yàn)探究提供了方便。
改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)在顯示其新穎性的同時,也產(chǎn)生新的不足:在研究小孔成像時,展示小孔成像的大小隨物距和像距變化的實(shí)驗(yàn)推理過程,一定程度上增加了教學(xué)的難度。選用糖水研究光在不均勻介質(zhì)中傳播,更需在課前就要配好不同濃度的糖水,靜置好幾個小時,操作技術(shù)要求高,給實(shí)驗(yàn)操作上帶來了一定的困難。
總之,在探究物理實(shí)驗(yàn)時,我們要善于引導(dǎo)學(xué)生利用身邊的物品,改進(jìn)出最簡單和直觀的實(shí)驗(yàn)器材,為每個學(xué)生動手參與實(shí)驗(yàn)探究提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ),調(diào)動他們從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”的學(xué)情轉(zhuǎn)變,促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面提高。
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(欄目編輯 王柏廬)