自制簡(jiǎn)單光學(xué)研究?jī)x
——光的色散及探究不透明物體顏色成因?qū)嶒?yàn)創(chuàng)新

江蘇省蘇州市工業(yè)園區(qū)星港學(xué)校(215021) 褚珈寧

初中物理是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科，物理課堂缺少了實(shí)驗(yàn)，理論知識(shí)就猶如紙上談兵。實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，還可以幫助學(xué)生理解抽象的物理知識(shí)，提高課堂教學(xué)效率。所以，作為一名初中物理教師，在平時(shí)的教學(xué)中就需要關(guān)注實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化。蘇科版初中物理8年級(jí)上冊(cè)第3章第1節(jié)“光的色彩顏色”中涉及到了光的色散和探究不透明物體顏色成因兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)受環(huán)境因素的影響很大，前者實(shí)驗(yàn)成功率低，實(shí)驗(yàn)效果很難保證。后者由于無法獲得純凈的單色光進(jìn)一步探究，導(dǎo)致教材中所提供的材料利用率低。筆者利用自制的簡(jiǎn)單光學(xué)研究?jī)x，操作便捷，排除了絕大部分環(huán)境因素的干擾，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，成功率高，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性被極大程度地調(diào)動(dòng)起來。

1 實(shí)驗(yàn)的要求與意義

光的色散實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生了解白光通過三棱鏡可以分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光，從而理解白光是由多種色光混合而成的，為后面學(xué)習(xí)透明物體和不透明物體顏色成因兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)奠定了基礎(chǔ)。

對(duì)教材中鸚鵡圖片的觀察實(shí)驗(yàn)是為了引導(dǎo)學(xué)生理解不透明物體的顏色是由其反射的色光所決定的，這對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)、理解、運(yùn)用光的知識(shí)具有相當(dāng)重要的意義。

2 教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)的不足

2.1 光的色散實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)受環(huán)境因素的影響較大。三棱鏡需要強(qiáng)烈的太陽(yáng)光照射，若某些教室地理位置不佳，陽(yáng)光無法射入，教師還需要考慮如何利用平面鏡將日光引入室內(nèi)。遇上陰雨天氣，日光較弱，實(shí)驗(yàn)的成功率也大大降低。故此實(shí)驗(yàn)操作難度大，不方便，耗時(shí)長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不清晰。在平時(shí)的教學(xué)中，教師大多采用播放實(shí)驗(yàn)圖片和視頻的方式進(jìn)行代替。即使進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)也以教師演示實(shí)驗(yàn)為主，幾乎沒有學(xué)生的親身體驗(yàn)。

2.2 探究不透明物體顏色的成因

教材上設(shè)置的鸚鵡圖片是為了幫助分析不透明物體顏色的成因：不透明物體的顏色是由其反射的色光決定的。在平時(shí)的教學(xué)中，學(xué)生僅能利用環(huán)境所提供的太陽(yáng)光或者是教室中的燈光觀察圖片，即只在白光的照射下觀察，圖片的利用率很低。若能獲得較為純凈的單色光探究，就能發(fā)現(xiàn)照射光的顏色不同，鸚鵡同一個(gè)部位會(huì)顯示出不同的顏色，從而排除實(shí)驗(yàn)的偶然性，佐證所需說明的物理原理。但是，物理課堂只能在白天進(jìn)行，各處都存在著白光，想在純凈的單色光下實(shí)驗(yàn)幾乎是不可能的。

3 教具的創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 光的色散實(shí)驗(yàn)

筆者在制作教具前對(duì)光源、三棱鏡進(jìn)行了篩選與改進(jìn)。筆者先將兩片硬紙片貼在大功率探照燈的頭部，使其投射出較細(xì)的線形白光，以此來代替陽(yáng)光。再定制了橫截面為邊長(zhǎng)5 cm的等邊三角形的大號(hào)三棱鏡。最后將光源放入暗箱，光屏貼在暗箱內(nèi)壁，調(diào)節(jié)各個(gè)儀器的角度，觀察到明顯的光的色散現(xiàn)象。

3.2 探究不透明物體顏色的成因

筆者在制作教具前對(duì)單色光手電筒進(jìn)行了加工。如圖1所示，筆者將紅、綠、藍(lán)三原色光手電筒與相應(yīng)顏色的濾光片(各兩片)用熱凝膠粘貼在一起，以增強(qiáng)單色光的純凈度。隨后將三支手電筒分別粘貼在暗箱的前蓋上(事先鉆好了投射孔和觀察孔)，打開手電筒能確保單色光可以照射在鸚鵡圖片的各個(gè)部位。學(xué)生通過觀察不透明物體各個(gè)部位所發(fā)生的顏色變化，從而理解顏色形成的原理。

圖1 裝置圖

4 實(shí)驗(yàn)過程

4.1 光的色散

實(shí)驗(yàn)過程：①將暗箱前蓋取下；②將三棱鏡放置在事先標(biāo)注好的點(diǎn)位上；③打開探照燈，調(diào)整好角度，使得線形光以豎直方向投射出；④慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡，直到光屏上出現(xiàn)明顯的彩色光帶為止。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：白光是復(fù)合光，它是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光混合得到的。

4.2 不透明物體顏色的成因

實(shí)驗(yàn)過程：①將暗箱前蓋蓋上；②分別打開紅、綠、藍(lán)三原色光手電筒，通過觀察口觀察鸚鵡各部分的顏色。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：不透明物體實(shí)際呈現(xiàn)的顏色不僅與不透明物體本身的性質(zhì)有關(guān)，還與照射它的色光有關(guān)。物體看起來是紅色的，是因?yàn)檎丈涞墓庵杏屑t光的成分，被物體反射入人眼中，其余的色光都被吸收了。若一個(gè)物體可以反射所有的色光，這個(gè)物體看起來就是白色的，若一個(gè)物體沒有反射任何的色光，那么該物體看起來就是黑色的。即白色物體可以反射所有色光，黑色的物體吸收所有的色光。

5 自制教具的優(yōu)點(diǎn)

(1)利用暗箱，排除絕大部分白光的干擾，使研究對(duì)象能在較純凈的單色光下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，充分利用了教材所提供的材料，增強(qiáng)該實(shí)驗(yàn)的可探究性。

(2)將大功率探照燈進(jìn)行加工，使其投射出較強(qiáng)的線狀白光，光的色散實(shí)驗(yàn)脫離了自然環(huán)境的束縛，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更為清楚與穩(wěn)定，并且將教師演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

(3)自制的教具將簡(jiǎn)單光學(xué)中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，僅用了一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置完成，實(shí)驗(yàn)操作非常便捷。觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)學(xué)生來說非常直觀、穩(wěn)定，更有利于學(xué)生理解光的組成和顏色的形成。