“光的折射探究實驗”的教學(xué)設(shè)計

劉 虹

通過課堂教學(xué)活動使學(xué)生形成獨立思考、自主學(xué)習(xí)的能力；具有科學(xué)精神、形成科學(xué)態(tài)度、學(xué)會科學(xué)方法；發(fā)展創(chuàng)新精神和實踐能力、逐步形成適應(yīng)社會需要的能夠進行終身學(xué)習(xí)的能力。在課堂教學(xué)中開展探究活動，并讓學(xué)生積極參與是培養(yǎng)學(xué)生能力的一種有效方式。筆者就人教版高中物理《光的折射》的教學(xué)內(nèi)容，進行了探究實驗的教學(xué)設(shè)計。

1、設(shè)計思想

由教師創(chuàng)設(shè)問題情境，提供相關(guān)的實驗器材，讓學(xué)生參與擬定實驗方案、實驗步驟，在課堂上通過學(xué)生自己的實驗、觀察、分析、討論、總結(jié)等一系列活動，觀察物理現(xiàn)象、探索物理規(guī)律。問題是整堂課教學(xué)的主線，學(xué)生是探究活動的主體，教師起著組織者、參與者和指導(dǎo)者的作用。

通過“問題→猜想→設(shè)計實驗方案→動手實驗探究→總結(jié)規(guī)律”的科學(xué)探究方法，以對問題的探究和解決來激發(fā)學(xué)生的求知欲、創(chuàng)造欲和主體意識。這種教學(xué)方式能夠極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

2、教學(xué)過程

2.1復(fù)習(xí)

師：光是沿著怎樣的路徑傳播的?

請同學(xué)們觀察以下實驗：激光在空氣中(可在空中噴一些煙霧)、在透明玻璃磚里、在水中的傳播情況。

生：光是沿著直線傳播的。

師：光在空氣、玻璃磚、水這樣的均勻介質(zhì)中是沿著直線傳播的。

2.2創(chuàng)設(shè)問題

師：當光傳播到兩種介質(zhì)的分界面時，會出現(xiàn)什么情況?

請同學(xué)們觀察幾個現(xiàn)象：

(1)教師出示水槽，把用防火透明膠紙密封好的激光電筒置于槽底，使電筒發(fā)出的激光在空氣中直接斜射到豎直墻面上形成一小光斑。慢慢往水槽中加入適量的水，讓學(xué)生觀察墻面上的光斑有什么變化。

(2)取黑色木棒斜放入未盛水的水槽中，讓學(xué)生看是直的。然后慢慢加入適量的水，再讓學(xué)生觀察木棒有什么變化。

師：看到了什么現(xiàn)象?

生：光斑在墻上隨著槽中水深度的增加而移動；加入水后木棒好像在水面處折斷了。

(3)請自愿參與活動的同學(xué)站在玻璃水槽的一側(cè)，從水面上迅速地刺固定在水槽內(nèi)壁上的小氣球，刺中為贏。教師引導(dǎo)學(xué)生在體驗中發(fā)現(xiàn)問題：若叉子瞄準的是眼睛看到的氣球的位置，是刺不到氣球的；只有當叉子瞄準的方向略低于眼睛看到的位置，才可能成功。

師：是什么欺騙了我們的眼睛?今天我們來進一步研究、學(xué)習(xí)光的傳播的規(guī)律。以便今后，同學(xué)們就能理解以上現(xiàn)象了。

觀察光在水面發(fā)生折射的現(xiàn)象：

教師演示，激光從空氣中斜射入熱水中(在熱水中滴了幾滴牛奶)，讓學(xué)生觀察到：光從空氣中斜射入水中時，傳播方向發(fā)生了偏折，在水面處還發(fā)生了反射。通過演示實驗，再次強化學(xué)生對光的折射現(xiàn)象的感性認識，面對實驗現(xiàn)象，建立物理模型，結(jié)合初中學(xué)過的光的反射，介紹入射光線、折射光線、法線、入射角、折射角等概念，為折射定律的探究打下基礎(chǔ)。

實驗探究：

教師介紹探究所需實驗器材，包括激光器、半圓形玻璃磚、帶有量角器的背板等，著重通過實驗介紹光線經(jīng)過半圓形玻璃磚的特點。如圖1所示。

師：當光從空氣中斜射入半圓形玻璃磚的平面時，什么是入射光線、折射光線與法線?它們的位置關(guān)系如何?

生：通過實驗觀察，得出三條線的位置關(guān)系：入射光線、折射光線與法線在同一平面內(nèi)，入射光線與折射光線分居法線兩側(cè)。

師：當光從空氣中垂直射人半圓形玻璃磚的平面時，入射角與折射角各為多大?

生：折射光線的傳播方向不變，即入射角與折射角都為0°。

師；當光從空氣中斜射入半圓形玻璃磚的平面時，入射角逐漸增大，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象。

學(xué)生歸納總結(jié)出入射角i和折射角r之間的關(guān)系：

①當光從空氣中斜射入半圓形玻璃磚的平面時，折射角小于入射角；

②折射角隨著入射角的增大而增大，隨著入射角的減小而減小。

師：折射角與入射角之間到底存在什么樣的定量關(guān)系?

(多媒體模擬演示實驗)改變光的入射方向，記錄每次變化的入射角與折射角的數(shù)據(jù)。課堂討論，讓學(xué)生充分發(fā)揮想象，提出猜想，再通過具體的實驗數(shù)據(jù)分析，找出規(guī)律。

在學(xué)生討論的過程中，教師可以適時進行引導(dǎo)：

折射角與入射角成正比嗎?折射角的平方與入射角的平方成正比嗎?入射角與折射角之差是定值嗎?它們之間的規(guī)律看來好象是不容易發(fā)現(xiàn)的。

教師對學(xué)生的討論作總結(jié)，并說明最終在1621年，由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳分析了大量的數(shù)據(jù)后，成功找到了兩者的關(guān)系，即折射角的正弦與入射角的正弦成正比。

很多學(xué)生容易認為只要發(fā)生光的折射，其折射角一定小于入射角。教師可以通過光路可逆實驗幫助學(xué)生提高辨別能力。糾正學(xué)生的錯誤想法。

師：當光從空氣中斜射入半圓形玻璃磚的平面時，會發(fā)生偏折。如果我們讓光沿著偏折的方向從半圓形玻璃磚射入空氣時，光會按照原來入射的方向射出嗎?

生：推測、猜想，提出自己的實驗設(shè)計方案，從中選出較為合理的實驗方案。

實驗觀察：讓光從空氣中斜射入半圓形玻璃磚的平面，改變?nèi)肷浣牵寣W(xué)生填寫下面的表格；

再讓光從半圓形玻璃磚斜射入空氣中，調(diào)整入射方向，使其折射角的大小為第一次實驗的入射角大小，記錄下入射角，讓學(xué)生填寫下面的表格：

分析論證：從上面的實驗中，我們發(fā)現(xiàn)表格中的數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)相同，這說明光的折射遵循光路可逆。

師：①現(xiàn)在請大家思考解釋在2.2中提出的3個物理問題(教師可通過作光路圖來引導(dǎo)學(xué)生加深理解)

②我們早晨看見太陽出現(xiàn)在地平線上時。太陽真的在那里嗎?請同學(xué)們想一想，如果地球表面投有大氣層，那么觀察到的日出時刻比實際是延后還是提前?

③大家還能用光的折射規(guī)律解釋生活中的一些簡單現(xiàn)象嗎?

3、教學(xué)反思

在課堂上，學(xué)生的討論非?；钴S，在分析討論過程中，教師及時對學(xué)生進行鼓勵，整堂課問題是教學(xué)的主線，學(xué)生的研究活動是主體。教師起著組織者、參與者和指導(dǎo)者的作用。在整個實驗探究的過程中，教師因勢利導(dǎo)，層層追問。引出新的問題，引起學(xué)生進一步的思考。這個探究過程充分體現(xiàn)了科學(xué)探究活動的基本要素，學(xué)生獲得了深層次的情感體驗，也體會到科學(xué)家尋找科學(xué)規(guī)律的艱辛。