初中物理光學(xué)教具的研發(fā)改進(jìn)與課堂應(yīng)用

向優(yōu)生 方子怡 馮 慶 牟銀勇 李 鴻 李 建

（1，重慶市育才中學(xué)校，重慶 400050；2.重慶大學(xué)，重慶 400044；3.重慶師范大學(xué)；重慶 400047）

引 言

新型凸透鏡成像教具第一光源發(fā)生器通過維度支架來調(diào)節(jié)激光光束的角度，于凸透鏡光心穿出，第二光源發(fā)生器發(fā)出平行激光光束，于凸透鏡處發(fā)生折射，由此，兩束激光光束于充滿煙霧的密閉室中模擬出凸透鏡成像原理，并可以通過密閉室中的刻度尺讀出像距、物距，具有環(huán)保、操作簡單、生動有趣、便于理解凸透鏡成像規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)。

在凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，傳統(tǒng)的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)具有以下局限性：（1） 采用蠟燭做光源，不能顯示出光線的傳播方向；（2）蠟燭燃燒產(chǎn)生有害氣體，既不健康也不環(huán)保；（3）光屏成像時(shí)需手動調(diào)節(jié)像距，難以找到清晰的像，容易產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差，操作起來比較困難；（4）不能直觀觀察到凸透鏡成像的規(guī)律， 需通過數(shù)據(jù)總結(jié)才能得出，導(dǎo)致剛接觸物理知識的學(xué)生難以理解凸透鏡成像規(guī)律。鑒于以上局限性，現(xiàn)有的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)很難達(dá)到教學(xué)效果。為了讓學(xué)生更直觀地觀察光傳播的特點(diǎn)，我們放大了演示實(shí)驗(yàn)的效果，改進(jìn)了光在同種均勻介質(zhì)中傳播特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)。在生活中取材，巧妙地采用象棋盒板或獎狀證書殼做探究光的反射定律光屏。

一、實(shí)驗(yàn)過程

（一）探究凸透鏡成像規(guī)律（見圖1）

圖1 新型凸透鏡成像教具結(jié)構(gòu)圖

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)驗(yàn)使用新型的凸透鏡成像教具，通過第一光源發(fā)生器及第二光源發(fā)生器發(fā)出激光光束，于密閉室中模擬凸透鏡成像原理，并通過密閉室中的刻度尺讀出像距、物距，進(jìn)一步探究凸透鏡成像規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)采用光源發(fā)生器發(fā)出激光光束，采用維度支架來調(diào)節(jié)第一光源發(fā)生器發(fā)出光束的角度，使得像距、物距發(fā)生變化，具有環(huán)保、操作簡單、生動有趣、便于理解凸透鏡成像規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)[1]。

（二）探究光的傳播

為了讓學(xué)生得出“光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”，教師先讓學(xué)生思考為什么太陽光能夠傳播到地球，提示學(xué)生太陽到地球有很長的空間是真空的，再讓學(xué)生區(qū)別聲音的傳播條件，最終得出“光可以在真空中傳播”的結(jié)論[2]。

這可以讓全班的學(xué)生清楚直觀地看到光在空氣中傳播的特點(diǎn)，即使不做實(shí)驗(yàn)也可以讓學(xué)生身臨其境，得到更好的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。值得注意的是，為了讓學(xué)生明白光線是不存在的，我們采取的是模型法。光在水中的傳播可沿用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，需注意在水中不要滴太濃的墨水，以免影響激光束的穿透能力。固體中的傳播演示應(yīng)緊貼磨砂的一面演示出光束。（見圖2）

圖2 光在均勻透明玻璃中的傳播演示原理圖

（三）探究光的反射定律

光的反射定律比較簡單，學(xué)生理解起來比較容易，但是要成功地設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)，需要學(xué)生和教師在生活中取材，本次課堂教學(xué)用貼上白紙的象棋盒或是獎狀證書對折顯示激光光路的平面。為了總結(jié)探究入射角與反射角的大小關(guān)系，教師還可以在光屏上畫出角度和法線，將平面鏡固定在光屏的底部或中間位置，用三個(gè)小釘固定平面鏡保證其不影響光屏折疊。

（四）探究平面鏡成像的規(guī)律

對平面鏡進(jìn)行腐蝕處理，可得到兩面透鏡和兩面平面鏡交叉分布，即可清楚地探究比較出平面鏡成像中像和物的大小關(guān)系，以及距離關(guān)系，進(jìn)而讓學(xué)生理解平面鏡成的是虛像，是對原有有色薄玻璃的巧妙轉(zhuǎn)換。（見圖3、圖4）最后教師可以讓學(xué)生自主探究平面鏡成像的特點(diǎn)。（見圖5）

圖3 探究平面鏡成像特點(diǎn)原理圖

圖4 探究平面鏡成像特點(diǎn)原理側(cè)面圖

圖5 課堂學(xué)生探究平面鏡成像特點(diǎn)

二、結(jié)果與討論

【具體教學(xué)實(shí)施方式】

（一）新型凸透鏡成像教具

為了使新型凸透鏡成像教具的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合圖片進(jìn)一步詳細(xì)說明，圖6為新型凸透鏡成像教具在課堂上的應(yīng)用，圖7為課堂實(shí)踐多功能LED演示板，圖8為凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)效果圖。

圖6 新型凸透鏡成像教具應(yīng)用于課堂教學(xué)

圖7 課堂實(shí)踐多功能LED演示板

圖8 凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)效果圖

（二）光的直線傳播

通過教室中激光束在無毒煙霧中的光路演示和固體、液體中的光路演示，讓學(xué)生對“光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”這個(gè)光傳播的基本性質(zhì)深信不疑。

（三）平面鏡成像的特點(diǎn)

通過比較兩個(gè)相同的物體在田字格特殊玻璃和鏡子中的像的大小，學(xué)生能清晰地觀察到重合的位置，得到平面鏡成的像與物體的大小相等，像到鏡面的距離等于物體到鏡面的距離等原理。

結(jié) 語

通過對初中物理教學(xué)特點(diǎn)的分析，結(jié)合初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求，我們對初中物理光學(xué)部分演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。新型改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示課大大提升了學(xué)生對物理的興趣，使學(xué)生對物理概念的掌握更加牢固，通過對比實(shí)驗(yàn)的方式激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手和思維能力，是物理基礎(chǔ)教學(xué)改革一次有效的嘗試。