几个光学实验改进

几个光学实验的改进初中学生，特别是初二学生，仍是以形象思维为主，在教学过程中很多在教师看来很 简单，觉得理所当然、顺理成章的事情，在初中学生看来也许是难以理解的，这是由他们的 心理特点决定的，所以在教学过程中能进行的实验尽量实验，而光现象的实验中有几个总是 觉得象是有个瓶颈卡住，想演示又不够充分不够明显，不演示学生又理解不了，陷入了一种 教学的停滞阶段。但是很多灵感也许来自于教学本身，以下几个实验的改进或是得以其他同 事的启发或是教学实践中的偶得，帮助了我把光学教学中的几个实验过程的瓶颈打开，豁然 开朗。阳光笔实验 1、探究光的直线传播条件：同种均匀介 质。原实验：演示光在空气、水、玻璃等同 种介质中沿直线传播后，提出问题如果在同种 不均匀介质中还会沿直线传播吗？设计实验， 用激光在空气中传播在教室的白墙上留下一 个光斑，如何营造不均匀介质呢？如图1，在 教学中用酒精灯在这束激光下方燃烧，让学生观察白墙上的光斑，发现光斑在晃动，然后分 析成因，由于酒精燃烧的上方空气变得不均匀所至。问题：这样的操作比讲授法要生动一些，但是，实验过程中，如果把酒精灯放在激光处，觉得欠妥，放在激光下方更为合适。学生观察这一实验现象 还会有一个疑问：这晃动的光斑能说明光没有沿直线传播吗？传 播路径发生了怎么样的变化呢？我们已经知道了密度的变化引起 了传播方向的改变，而对于初中学生来说，没有办法充分的说明 光没有沿直线传播，除非真正的看到光路发生了偏折或弯曲。改进方案：为了方便的显示光路，自然想到了糖水，随即做 了实验试一试，然而，很是失望，一点也没有发现偏折，虽有所 不甘也只能作罢。从糖水的正上方的空气中斜射入水中，能看到 不均匀的糖水中的折射光线，但是偏折现象是弱到看不出来，按 照理论成立的现象而实际实验现象如图 2，却没有能显示出弯曲的光路。究其原因可能是因为上下的密度相差太小，导致微小的变化无法辨别。如果用方形的水槽实验会出现奇迹吗？实际上，实验方式不改变奇迹依然不会出现的。在水槽中装入密 度不均匀的糖水，将一束平行于水槽中的液面的激光，缓慢向下平移，移到某处，奇迹突然 出现，光路发生了明显的弯曲，如图3。图3原来，这种特殊的液体，是把糖水做 成特殊的过饱和溶液，最上面的水面 层面基本上是纯水，下面是糖水，它 们之间有一个不清晰的分界面，当光 移至分界面时，光线就明显向下偏折。 实验的改进后，学生直接看到了光在 同种但不均匀介质中沿曲线传播，充 分说明光的直线传播的条件。 （如图 3） 实验 2、红外线的热效应演示原实验：教材中提到把温度计放在红光的外 侧，如图 4，会出现温度计的示数增大的现象。问题：实际实验中绝大多数都不能达到实验的目的，也就是看不到温度有明显的升高，无法实现这个演示实验，只能改为口述实验。学 生本来就对红外线的感知度很低，加上实验又不能做成功，说教显得更苍白平淡。改进方案：展示电视机的遥控器，按键能把电视打开或换台，它发出光是看不见的， 告诉学生实际上遥控器发出的看不见的光，它就是红光外侧看不见的光，这种看不见的光有 什么特性呢？用手按住遥控器的电源键让遥控器发出的红外线对准温度计（如图 5），为了使 全体学生看的更清楚，可以用数字温度计，约两分钟后温度计的示数有明显上升，学生引起 了哄动。改进后学生对红外线的热效应印象大大加深，教学中看到了学生们惊奇的目光，同 时他们也在享受着实验现象给他们带来的快乐。实验 3、探究平面镜成像特点原实验：这是一个常规的学生实验， 以棋子为物体，另一完全相同的棋子为寻找 像的物体，学生先用夹子将玻璃板垂直于桌 面放置，将棋子放在玻璃板前，在玻璃板后 用另一棋子确定像的位置，比较它们的大小 并记录像与物的位置。最后比较像和物到玻 璃板的距离，进行多次实验，寻找普遍规律。问题：实验过程中像与物很难完全重可能是玻璃板过厚，也可能是玻璃板没有垂合，学生无法确定像的位置。原因有几种可能 直于桌面。另外，学生确定了像的位置后，迷惘于棋子的哪一点是物体和像的对应点呢？改进方案：为了减小实验的误差，玻璃板选取越薄越好，一般 2mm 以下就可以很清 楚的确定像的位置，教学中可以在实验台上放两种玻璃板，让学生试一试然后自己作出正确 的器材选择。这样学生在试试看的过程中理解了用薄玻璃板的原因。用夹子固定时由于夹子 底部很难放平，所以，学生实验时精确度会大打折扣。固定玻璃板的夹子换成两块平整的磁 体，用磁体夹住玻璃板，稳度提高也更容易将玻璃板垂直于桌面放置。学生实验中无法确定 像与物的对应点时，可用荧光笔分别在两个相同的棋子上作上相同的标记，利用这个标记也 重合确定像与物的准确位置。 实验 4、镜面反射与漫反射的演示原实验：在光的反射一节，镜面反射与漫反射的演示通常是先 用如图 6 所示的装置，有的学生看到镜子是亮的，有的学生看到镜 子是暗，然后用作图分析什么叫镜面反射和漫反射以及分析其原因。图6问题：上面的实验，学生学习知识的理解方面是没有问题的， 但没有直观的演示过程更能说明问题，学生也会有更加深刻的印象。 只能看到亮和暗的现象，而光路是无法显示出来。改进方案：实验室里有平行光源，如果光的强度不够也可两支激光笔并排放置作为平 行光源，用演示光的反射定律的器材，让入射光路显示在硬纸板上，理论上是可行了，实际 进行了操作后发现，平行入射光还是勉强可以看的到的，但是控制它们都出现在硬白纸上是 不容易控制的，反射光也很不清楚。用这样方法也只能演示镜面反射不能演示漫反射现象。如图 7所示，在方形水槽的水中滴入几滴牛奶可以显示光在水中的传播路径，从侧面射入水中，则光在水面发生反射现象也能显示出来，实验时操作简单直接从水中射向水面即 可不需要作过多的调整。平静的水面相当于平面镜， 水面发生的反射属于镜面反射。教学时用两束激光 调整方向平行射向平静的水面照射，反射光路也是 平行的，学生观察非常直观。能不能接着演示漫反 射的规律呢？这时水面发生了波动，干脆让课代表上讲台用力搅动水面，我拿激光笔保持两束平行的入射光线不变，而反射光路变得不再平行， 甚至根本看不出反射光路了。改进后使镜面反射和漫反射的演示得以完美展现，在此基础上加以作图分析，学生由 形象思维自然转向抽象思维，得以合理自觉的构建知识体系,而不是生拉硬拽的表面记忆。