簡(jiǎn)易光學(xué)演示儀的制作及演示

李卓君

小學(xué)科學(xué)教材中講解光的直線傳播、光的反射及其應(yīng)用，用文字和許多圖片來(lái)說(shuō)明，學(xué)生讀了之后覺得現(xiàn)象不直接，所以也不容易理解。筆者制作的“簡(jiǎn)易光學(xué)演示儀”，操作簡(jiǎn)單，使用方便快捷，可視性強(qiáng)，可以直接演示小學(xué)科學(xué)教材中光的直線傳播、光的反射、光的折射及其應(yīng)用等內(nèi)容。

1問題的提出

小學(xué)科學(xué)課程中講解光的直線傳播、光的反射、光的折射及其應(yīng)用，用文字和許多圖片來(lái)說(shuō)明，學(xué)生讀了之后覺得現(xiàn)象不直接。教師課堂演示時(shí)，用空氣清新劑透視光線，而清新劑易形成液滴，影響光線傳播，且實(shí)驗(yàn)時(shí)間短，觀察難持久，學(xué)生觀察效果不好。結(jié)果是教師講實(shí)驗(yàn)，學(xué)生讀書本、看圖片，對(duì)知識(shí)理解不透徹。可不可以直接地、較長(zhǎng)時(shí)間地、清楚地看見光的傳播路線呢？如果能，光的直線傳播、光的反射、光的折射現(xiàn)象不就一目了然了嗎！為此，筆者產(chǎn)生了自制光學(xué)演示儀幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的想法。

2簡(jiǎn)易光學(xué)演示儀制作

2.1思路

如何才能看見光的傳播路線？用什么做光源？在哪找的到如凸面鏡、凹面鏡、凸透鏡等東西？這些是制作簡(jiǎn)易光學(xué)演示儀最先要解決的問題。

光遇到小顆粒物體，會(huì)發(fā)生散射，光散射到四面八方，我們就可以看到光的傳播路線（下面簡(jiǎn)稱光路）。按這個(gè)道理，筆者用茶水、油、加牛奶的水、洗衣粉水等做了一些實(shí)驗(yàn)，最后選擇用加了朱紅色水粉顏料的水和熏了煙的空氣，因?yàn)樗鼈冿@示光的傳播路線最清晰。

大多數(shù)學(xué)校門口玩具攤買的玩具激光電筒（也叫激光筆）可以做光源。

凸面鏡、凹面鏡可以在商店買到，還可以用光亮的不銹鋼湯勺代替，也可以用鋁箔和罐頭盒制作。凸透鏡用放大鏡就可以了。

2.2所用材料

所用材料如圖1所示。2塊平面鏡、1個(gè)凹面鏡、1個(gè)凸面鏡（凹面鏡、凸面鏡可用光亮的不銹鋼湯勺代替）、1個(gè)凸透鏡、2～3只簡(jiǎn)易激光筆、1個(gè)帶蓋的透光性好的矩形水箱（如魚缸、保鮮盒、儲(chǔ)物箱等）、朱紅色水粉顏料、香煙或1段蚊煙香。有條件可選擇備1塊半圓形玻璃磚。另外，準(zhǔn)備1塊硬紙板做水槽底板，1張黑卡紙作水槽背板，膠帶，2個(gè)量角器等。

2.3制作方法

（1）用1張反光差的紙板畫上標(biāo)記放在水箱底部外，作放置各種鏡子的位置標(biāo)記。

（2）在水箱正面（面向觀眾的一面）用透明膠帶粘上一個(gè)正放的量角器，相對(duì)的另一面（背面）粘上貼了平直白條膠帶的黑色卡紙。水箱一個(gè)側(cè)面粘上一個(gè)倒放的量角器。

（3）在箱蓋上粘一個(gè)掛鉤用來(lái)掛蚊煙香。

（4）在箱內(nèi)加上朱紅色水粉顏料和水，攪拌均勻。

（5）各種鏡子只要按照需要直接擺放即可。

（6）激光筆可用手拿著，這樣方便改變位置和方向。如果需要穩(wěn)定的光路，也可以做一個(gè)支架固定。各種鏡子不需要作固定安裝，直接擺放在桌面上，演示時(shí)，按需要用即可。不做演示時(shí)，水槽變成了箱子，用于放置所有材料。

3演示儀的功能和特點(diǎn)

3.1演示儀的功能

演示儀可完成如下演示。

（1）光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播。

（2）平行光。

（3）光的反射、光的折射現(xiàn)象。

（4）反射光線、折射光線的方向隨入射光線入射角改變而改變。

（5）潛望鏡原理。

（6）光在不同物質(zhì)分界面上的全反射現(xiàn)象。

（7）凸透鏡（凹面鏡）使平行光線會(huì)聚現(xiàn)象。

（8）凸面鏡使平行光線散射現(xiàn)象。

3.2演示儀的特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，學(xué)生也可制作。

（2）演示清晰，效果逼真。

（3）觀察持久，而且每個(gè)實(shí)驗(yàn)可重復(fù)操作。

（4）演示儀造價(jià)低廉，約10元錢就可以制作完成。

4演示效果

4.1觀察光的傳播路線的材料選取實(shí)驗(yàn)

選擇可以清晰看見光路的材料：實(shí)驗(yàn)中筆者發(fā)現(xiàn)用煙霧、食用精煉油、鹽水、茶水、洗衣粉水、滴入1～2滴紅墨水或者別的紅色顏料的水、加了牛奶的水等作為物質(zhì)都可以觀察到清晰的光路。筆者實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在這些物質(zhì)中淡紅色的水和有煙霧的空氣效果最好，如圖2所示。

4.2光的直線傳播、反射、折射及應(yīng)用等演示

為了檢驗(yàn)“簡(jiǎn)易光學(xué)演示儀”實(shí)驗(yàn)效果，對(duì)選取的平面鏡、凸面鏡、凹面鏡、凸透鏡等光學(xué)元件，對(duì)光的直線傳播、反射、折射及應(yīng)用等，分別作實(shí)驗(yàn)觀察。

4.2.1光的直線傳播

小學(xué)5年級(jí)科學(xué)課教材上冊(cè)中采用如圖3所示的圖片講解、驗(yàn)證光的直線傳播實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要自己想象一條由圓孔連成的“直線”。用演示儀，借助背板上畫好的直線，學(xué)生可以直接看到光的直線傳播，如圖4所示。

4.2.2平面鏡反射現(xiàn)象

演示儀水箱底放1塊平面鏡，可以演示光在平面鏡上的反射。借助半圓規(guī)尺，還可觀察入射光和反射光的位置關(guān)系。如圖5所示為平面鏡

4.2.3平面鏡反射的應(yīng)用——潛望鏡

小學(xué)5年級(jí)科學(xué)課教材上冊(cè)給的潛望鏡圖片（見圖6-1）和對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的要求（見圖6-2）。

潛望鏡原理的直接演示：用兩塊平面鏡，鏡面相對(duì)，隔開一段距離，與水平線45°角平行放好。光水平入射，就可直接觀察到圖6-2中所示的光路。

4.2.4凹面鏡對(duì)平行光的反射——會(huì)聚現(xiàn)象

教材給了凹面鏡對(duì)平行光的反射——會(huì)聚現(xiàn)象的原理圖和實(shí)際應(yīng)用情況圖片（太陽(yáng)灶和奧運(yùn)圣火火種采集）。圖7是筆者用家里湯勺的凹面和兩只激光電筒，演示出的凹面鏡對(duì)平行光的會(huì)聚現(xiàn)象。

4.2.5凸面鏡對(duì)平行光的散射現(xiàn)象

教材給了凸面鏡對(duì)平行光的散射實(shí)際應(yīng)用情況圖片，如圖8所示及學(xué)生作業(yè)要求（畫光路）。

為了直接觀察凸面鏡對(duì)平行光的散射作用，筆者用家里湯勺的凸面和兩只激光電筒，演示凸面鏡對(duì)平行光的散射現(xiàn)象，如圖9所示。

4.2.6凸透鏡對(duì)平行光的會(huì)聚現(xiàn)象

教材給了凸透鏡對(duì)平行光會(huì)聚現(xiàn)象原理圖和應(yīng)用情況圖片（可用于取火），用平常家用的放大鏡就可以完成演示。圖10、11分別給出了透鏡在空氣和水中對(duì)平行光的會(huì)聚現(xiàn)象。

4.2.7反射、折射及全反射現(xiàn)象演示

演示儀內(nèi)，上部分空氣中熏了一些煙，下部分是加了顏料的水，可以直接觀察到光在空氣和水的分界面上，發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象，如圖12所示。

在水中放一塊半圓形玻磚，可直接觀察玻璃和水的分界面上發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象。如果讓一部分入射光不進(jìn)入半圓形玻磚，就能清晰地顯示折射光對(duì)入射光的偏轉(zhuǎn)方向，如圖14所示。

以上的測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，“簡(jiǎn)易光學(xué)演示儀”的演示效果良好，演示出了教材中有關(guān)光的部分內(nèi)容。