淺淡對(duì)光的直線傳播、光的反射及光的折射實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

宣李莉

摘 要：實(shí)際光學(xué)教學(xué)中，光學(xué)的很多知識(shí)理論及結(jié)論都是在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后得出的，所以光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)非常重要。通過改變光源或利用丁達(dá)爾效應(yīng)，可以使光的直線傳播、光的反射、光的折射等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，從而突破光學(xué)教學(xué)難點(diǎn)，最終獲得理想的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：激光線狀光源;光的反射;光的折射

一、物理演示實(shí)驗(yàn)的作用

物理演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中起著積極的作用，成為物理教學(xué)中不可缺少的部分。物理演示實(shí)驗(yàn)可以將日常生活或生產(chǎn)實(shí)踐中不易觀察到的或人們習(xí)以為常而未引起注意的物理現(xiàn)象突出地顯現(xiàn)出來;將實(shí)際中表現(xiàn)得較為復(fù)雜的現(xiàn)象，在課堂演示的條件下分解出有意義的部分，并把它集中地顯示出來。因此，物理演示實(shí)驗(yàn)深受廣大師生的歡迎。

光學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)定律包括：光在均勻介質(zhì)中的直線傳播定律，光通過兩種介質(zhì)分界面時(shí)的反射定律和折射定律。

二、光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)存在的問題

1.效果不明顯

光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)，大多以普通激光筆作為光源，按照教材中的操作，在實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)光在空氣和水中傳播時(shí)，光路不可見，無法完成光的直線傳播、光的反射定律、光的折射定律等實(shí)驗(yàn)的演示，那么教師所講的一些光學(xué)知識(shí)就會(huì)成為紙上談兵。

2.儀器昂貴

如以He-Ne激光器作為光源，可以將一些光學(xué)實(shí)驗(yàn)很清楚地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，但是這些儀器往往價(jià)格比較昂貴，很多學(xué)校沒有這樣的儀器設(shè)備。利用常見的一些材料來代替這些高端的儀器是現(xiàn)階段教學(xué)中迫切需要的。

三、改進(jìn)光源，實(shí)現(xiàn)理想的實(shí)驗(yàn)效果

1.自制激光線光源

材料：普通激光電筒，直徑約為5mm細(xì)玻璃棒，單孔橡皮塞如圖1所示。

制作方法：用銼刀將細(xì)玻璃棒鋸下一小段，利用橡皮塞固定在激光手電筒前端，如圖2所示。當(dāng)按下激光手電筒的開關(guān)通電后，原來的激光由點(diǎn)光源變成線光源。改進(jìn)后的激光有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）光束強(qiáng)，可見度大;（2）是紅色單色光，如圖3所示，上方紅點(diǎn)是未改進(jìn)的普通激光，下方是改進(jìn)后的激光線光源;（3）價(jià)格便宜，制作方法簡單，可用初中幾何光學(xué)的所有實(shí)驗(yàn)。

■

2.利用激光線光源完成光的反射實(shí)驗(yàn)

按照教材中的操作，在完成光的反射定律探究實(shí)驗(yàn)的過程中，最大的問題是光路不可見，當(dāng)采用了這種激光線光源后會(huì)清晰地看到光的反射現(xiàn)象。學(xué)生會(huì)清楚地看到光在放射時(shí)，反射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)，如圖4所示。如果在光屏上標(biāo)上角度后，就可以讓學(xué)生準(zhǔn)確地讀出入射角和反射角的大小，如圖5所示。同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)顯示反射光線的光屏，那么在光屏上將無法觀察到反射光線，說明了光反射時(shí)，入射光線、反射光線、法線在同一平面內(nèi)，如圖6所示。

■

3.利用激光線光源完成光在玻璃磚中的折射實(shí)驗(yàn)

光在玻璃磚中的折射，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是比較難以完成的，當(dāng)我們改用激光線光源后，由于光束強(qiáng)，當(dāng)它進(jìn)入玻璃磚后，仍然可以在玻璃磚中看到清晰的折射光線，除此之外還可以看到最終射出玻璃磚后的光線會(huì)發(fā)生一小段的平移，如圖7所示。但是在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意不能讓激光線光源離玻璃磚過遠(yuǎn)，否則在玻璃磚中的折射光線將會(huì)變暗，不利于后排同學(xué)的觀察。

光在玻璃磚中的折射現(xiàn)象的光路圖是教學(xué)過程中的一個(gè)難點(diǎn)，如果沒有一個(gè)能讓學(xué)生直觀看清楚的演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)于七年級(jí)的學(xué)生來說，他們是很難做出正確的光路圖的。這個(gè)改進(jìn)后的演示實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生清楚地看到光在玻璃磚中的折射情況，不僅能幫助學(xué)生作出正確的光路圖，也能讓學(xué)生更好地理解光的折射原理。

四、利用丁達(dá)爾效應(yīng)完美演示光學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.丁達(dá)爾效應(yīng)

當(dāng)一束光線透過膠體，從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現(xiàn)的一條光亮的“通路”，這種現(xiàn)象叫丁達(dá)爾現(xiàn)象，也叫丁達(dá)爾效應(yīng)。實(shí)際證明：光通過懸濁液或者含有大量灰塵、霧氣的空氣時(shí)，也會(huì)發(fā)生丁達(dá)爾效應(yīng)。

2.“制作”丁達(dá)爾現(xiàn)象（以下用到的光源為未經(jīng)改裝過的激光筆）

（1）往尺寸為60cm*20cm*30cm的帶蓋玻璃箱中注入適量的水（半箱）。

（2）往水中滴入少量牛奶，略顯渾濁即可。（多次嘗試后，認(rèn)為發(fā)現(xiàn)水和牛奶的比例為1L：1ml左右時(shí)，現(xiàn)象最為明顯）

（3）請(qǐng)一位抽煙的男士，往水箱中噴入一口煙，然后迅速將水箱蓋合上。（這里實(shí)驗(yàn)用的煙也可以由熏香、蚊香制?。簩⒉Ａw打開一條縫，用手將燃著的香伸入水箱，當(dāng)水箱內(nèi)部有明顯的煙霧時(shí)，將香抽出，并迅速將水箱蓋合上。蚊香在水箱里面放置的時(shí)間不宜過長，內(nèi)部氧氣含量有限，恐會(huì)產(chǎn)生一氧化碳。多方面考慮，還是噴入一口煙，最為安全、方便、快捷。）

3.利用丁達(dá)爾效應(yīng)演示光的直線傳播

光的傳播路線是怎樣的？這是學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)首先要解決的一個(gè)問題，如果我們能觀察到光沿直線傳播的路徑，學(xué)生會(huì)很容易地總結(jié)出光在同種均勻物質(zhì)中是沿直線傳播的?？此埔粋€(gè)簡單的原理，但是要把這個(gè)現(xiàn)象呈現(xiàn)在學(xué)生面前并不容易，而丁達(dá)爾效應(yīng)恰能幫助我們解決這個(gè)問題。利用上面已經(jīng)“制作”好的玻璃箱，從水箱側(cè)面，將光沿平行水面方向，打入水箱下半部分的水中如圖8所示。從水箱側(cè)面，將光沿平行水面方向，打入水箱上半部分的空氣中，如圖9所示。

■

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，學(xué)生得出“光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播”這個(gè)結(jié)論就顯得水到渠成了。

4.利用丁達(dá)爾效應(yīng)完成光在水中的折射

在演示教材中光從空氣進(jìn)入水中的折射實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果按照教材中的操作，學(xué)生根本無法看到光路，巧妙利用丁達(dá)爾效應(yīng)就可以讓學(xué)生清楚地看到這個(gè)光的折射現(xiàn)象。利用上面已經(jīng)“制作”好的玻璃箱，在魚缸的上方用普通的激光筆照射，學(xué)生會(huì)清楚地看到光從空氣進(jìn)入水中時(shí)，光線的改變情況，如圖10所示。同樣的，也可以從魚缸底部用普通的激光筆照射，學(xué)生也可以清楚看到光線從水中進(jìn)入空氣中的現(xiàn)象，如圖11所示。

■

在以上演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生就可以自然地歸納出光的折射定律的相關(guān)內(nèi)容，從而幫助他們利用光的折射規(guī)律解釋自然界的一些常見現(xiàn)象。

5.利用丁達(dá)爾效應(yīng)演示光的全反射現(xiàn)象

當(dāng)光線從水中進(jìn)入空氣時(shí)，由于折射角大于入射角，當(dāng)入射角達(dá)到某個(gè)值時(shí)（還未到90°），折射角就已經(jīng)達(dá)到90°，這時(shí)就沒有折射光，光全部都反射回水里了。這就是全反射現(xiàn)象。這個(gè)光的全反射實(shí)驗(yàn)在初中的教材中時(shí)不做要求的，但是在試題中，我們也會(huì)碰到這樣的題目，題干會(huì)對(duì)光的全反射知識(shí)做一定的介紹，然后再提出相應(yīng)的問題。我們做光的折射時(shí)用到的器材也完全可以完成光的全反射現(xiàn)象，那么我們也可以把這個(gè)實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)課外擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)光學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。完成該實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要在剛才完成的光從水中進(jìn)入空氣的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，調(diào)整入射角，即可實(shí)現(xiàn)光的全反射現(xiàn)象，操作簡單，實(shí)驗(yàn)效果明顯，如圖12所示。

■

五、總結(jié)和收獲

光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)的重要途徑，光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的效果在很大程度上決定了光學(xué)教學(xué)的效果，所以想突破光學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)，教師必須加強(qiáng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的可視性，確保讓每位同學(xué)能清楚地觀察到光學(xué)現(xiàn)象。光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)不可能一蹴而就，需要教師在實(shí)驗(yàn)中不斷發(fā)現(xiàn)問題，針對(duì)問題做有效的調(diào)整，從而使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更清晰。將普通的點(diǎn)光源改為激光線狀光源或者利用丁達(dá)爾效應(yīng)，都是為了解決光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)中光路不可見的的問題。當(dāng)解決的關(guān)鍵問題后，也需要教師對(duì)改進(jìn)后的光學(xué)演示儀器做不斷的調(diào)式和改進(jìn)，抓住實(shí)驗(yàn)中操作的關(guān)鍵點(diǎn)，確保光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳熙謀.物理演示實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社，1982.

[2]陳雪.四個(gè)物理實(shí)驗(yàn)儀器的制作與改進(jìn)[J].中國教育技術(shù)裝備，2007（8）.

摘 要：實(shí)際光學(xué)教學(xué)中，光學(xué)的很多知識(shí)理論及結(jié)論都是在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后得出的，所以光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)非常重要。通過改變光源或利用丁達(dá)爾效應(yīng)，可以使光的直線傳播、光的反射、光的折射等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，從而突破光學(xué)教學(xué)難點(diǎn)，最終獲得理想的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：激光線狀光源;光的反射;光的折射

一、物理演示實(shí)驗(yàn)的作用

物理演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中起著積極的作用，成為物理教學(xué)中不可缺少的部分。物理演示實(shí)驗(yàn)可以將日常生活或生產(chǎn)實(shí)踐中不易觀察到的或人們習(xí)以為常而未引起注意的物理現(xiàn)象突出地顯現(xiàn)出來;將實(shí)際中表現(xiàn)得較為復(fù)雜的現(xiàn)象，在課堂演示的條件下分解出有意義的部分，并把它集中地顯示出來。因此，物理演示實(shí)驗(yàn)深受廣大師生的歡迎。

光學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)定律包括：光在均勻介質(zhì)中的直線傳播定律，光通過兩種介質(zhì)分界面時(shí)的反射定律和折射定律。

二、光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)存在的問題

1.效果不明顯

光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)，大多以普通激光筆作為光源，按照教材中的操作，在實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)光在空氣和水中傳播時(shí)，光路不可見，無法完成光的直線傳播、光的反射定律、光的折射定律等實(shí)驗(yàn)的演示，那么教師所講的一些光學(xué)知識(shí)就會(huì)成為紙上談兵。

2.儀器昂貴

如以He-Ne激光器作為光源，可以將一些光學(xué)實(shí)驗(yàn)很清楚地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，但是這些儀器往往價(jià)格比較昂貴，很多學(xué)校沒有這樣的儀器設(shè)備。利用常見的一些材料來代替這些高端的儀器是現(xiàn)階段教學(xué)中迫切需要的。

三、改進(jìn)光源，實(shí)現(xiàn)理想的實(shí)驗(yàn)效果

1.自制激光線光源

材料：普通激光電筒，直徑約為5mm細(xì)玻璃棒，單孔橡皮塞如圖1所示。

制作方法：用銼刀將細(xì)玻璃棒鋸下一小段，利用橡皮塞固定在激光手電筒前端，如圖2所示。當(dāng)按下激光手電筒的開關(guān)通電后，原來的激光由點(diǎn)光源變成線光源。改進(jìn)后的激光有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）光束強(qiáng)，可見度大;（2）是紅色單色光，如圖3所示，上方紅點(diǎn)是未改進(jìn)的普通激光，下方是改進(jìn)后的激光線光源;（3）價(jià)格便宜，制作方法簡單，可用初中幾何光學(xué)的所有實(shí)驗(yàn)。

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2.利用激光線光源完成光的反射實(shí)驗(yàn)

按照教材中的操作，在完成光的反射定律探究實(shí)驗(yàn)的過程中，最大的問題是光路不可見，當(dāng)采用了這種激光線光源后會(huì)清晰地看到光的反射現(xiàn)象。學(xué)生會(huì)清楚地看到光在放射時(shí)，反射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)，如圖4所示。如果在光屏上標(biāo)上角度后，就可以讓學(xué)生準(zhǔn)確地讀出入射角和反射角的大小，如圖5所示。同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)顯示反射光線的光屏，那么在光屏上將無法觀察到反射光線，說明了光反射時(shí)，入射光線、反射光線、法線在同一平面內(nèi)，如圖6所示。

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3.利用激光線光源完成光在玻璃磚中的折射實(shí)驗(yàn)

光在玻璃磚中的折射，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是比較難以完成的，當(dāng)我們改用激光線光源后，由于光束強(qiáng)，當(dāng)它進(jìn)入玻璃磚后，仍然可以在玻璃磚中看到清晰的折射光線，除此之外還可以看到最終射出玻璃磚后的光線會(huì)發(fā)生一小段的平移，如圖7所示。但是在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意不能讓激光線光源離玻璃磚過遠(yuǎn)，否則在玻璃磚中的折射光線將會(huì)變暗，不利于后排同學(xué)的觀察。

光在玻璃磚中的折射現(xiàn)象的光路圖是教學(xué)過程中的一個(gè)難點(diǎn)，如果沒有一個(gè)能讓學(xué)生直觀看清楚的演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)于七年級(jí)的學(xué)生來說，他們是很難做出正確的光路圖的。這個(gè)改進(jìn)后的演示實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生清楚地看到光在玻璃磚中的折射情況，不僅能幫助學(xué)生作出正確的光路圖，也能讓學(xué)生更好地理解光的折射原理。

四、利用丁達(dá)爾效應(yīng)完美演示光學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.丁達(dá)爾效應(yīng)

當(dāng)一束光線透過膠體，從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現(xiàn)的一條光亮的“通路”，這種現(xiàn)象叫丁達(dá)爾現(xiàn)象，也叫丁達(dá)爾效應(yīng)。實(shí)際證明：光通過懸濁液或者含有大量灰塵、霧氣的空氣時(shí)，也會(huì)發(fā)生丁達(dá)爾效應(yīng)。

2.“制作”丁達(dá)爾現(xiàn)象（以下用到的光源為未經(jīng)改裝過的激光筆）

（1）往尺寸為60cm*20cm*30cm的帶蓋玻璃箱中注入適量的水（半箱）。

（2）往水中滴入少量牛奶，略顯渾濁即可。（多次嘗試后，認(rèn)為發(fā)現(xiàn)水和牛奶的比例為1L：1ml左右時(shí)，現(xiàn)象最為明顯）

（3）請(qǐng)一位抽煙的男士，往水箱中噴入一口煙，然后迅速將水箱蓋合上。（這里實(shí)驗(yàn)用的煙也可以由熏香、蚊香制取：將玻璃蓋打開一條縫，用手將燃著的香伸入水箱，當(dāng)水箱內(nèi)部有明顯的煙霧時(shí)，將香抽出，并迅速將水箱蓋合上。蚊香在水箱里面放置的時(shí)間不宜過長，內(nèi)部氧氣含量有限，恐會(huì)產(chǎn)生一氧化碳。多方面考慮，還是噴入一口煙，最為安全、方便、快捷。）

3.利用丁達(dá)爾效應(yīng)演示光的直線傳播

光的傳播路線是怎樣的？這是學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)首先要解決的一個(gè)問題，如果我們能觀察到光沿直線傳播的路徑，學(xué)生會(huì)很容易地總結(jié)出光在同種均勻物質(zhì)中是沿直線傳播的?？此埔粋€(gè)簡單的原理，但是要把這個(gè)現(xiàn)象呈現(xiàn)在學(xué)生面前并不容易，而丁達(dá)爾效應(yīng)恰能幫助我們解決這個(gè)問題。利用上面已經(jīng)“制作”好的玻璃箱，從水箱側(cè)面，將光沿平行水面方向，打入水箱下半部分的水中如圖8所示。從水箱側(cè)面，將光沿平行水面方向，打入水箱上半部分的空氣中，如圖9所示。

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在這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，學(xué)生得出“光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播”這個(gè)結(jié)論就顯得水到渠成了。

4.利用丁達(dá)爾效應(yīng)完成光在水中的折射

在演示教材中光從空氣進(jìn)入水中的折射實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果按照教材中的操作，學(xué)生根本無法看到光路，巧妙利用丁達(dá)爾效應(yīng)就可以讓學(xué)生清楚地看到這個(gè)光的折射現(xiàn)象。利用上面已經(jīng)“制作”好的玻璃箱，在魚缸的上方用普通的激光筆照射，學(xué)生會(huì)清楚地看到光從空氣進(jìn)入水中時(shí)，光線的改變情況，如圖10所示。同樣的，也可以從魚缸底部用普通的激光筆照射，學(xué)生也可以清楚看到光線從水中進(jìn)入空氣中的現(xiàn)象，如圖11所示。

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在以上演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生就可以自然地歸納出光的折射定律的相關(guān)內(nèi)容，從而幫助他們利用光的折射規(guī)律解釋自然界的一些常見現(xiàn)象。

5.利用丁達(dá)爾效應(yīng)演示光的全反射現(xiàn)象

當(dāng)光線從水中進(jìn)入空氣時(shí)，由于折射角大于入射角，當(dāng)入射角達(dá)到某個(gè)值時(shí)（還未到90°），折射角就已經(jīng)達(dá)到90°，這時(shí)就沒有折射光，光全部都反射回水里了。這就是全反射現(xiàn)象。這個(gè)光的全反射實(shí)驗(yàn)在初中的教材中時(shí)不做要求的，但是在試題中，我們也會(huì)碰到這樣的題目，題干會(huì)對(duì)光的全反射知識(shí)做一定的介紹，然后再提出相應(yīng)的問題。我們做光的折射時(shí)用到的器材也完全可以完成光的全反射現(xiàn)象，那么我們也可以把這個(gè)實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)課外擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)光學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。完成該實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要在剛才完成的光從水中進(jìn)入空氣的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，調(diào)整入射角，即可實(shí)現(xiàn)光的全反射現(xiàn)象，操作簡單，實(shí)驗(yàn)效果明顯，如圖12所示。

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五、總結(jié)和收獲

光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)的重要途徑，光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的效果在很大程度上決定了光學(xué)教學(xué)的效果，所以想突破光學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)，教師必須加強(qiáng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的可視性，確保讓每位同學(xué)能清楚地觀察到光學(xué)現(xiàn)象。光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)不可能一蹴而就，需要教師在實(shí)驗(yàn)中不斷發(fā)現(xiàn)問題，針對(duì)問題做有效的調(diào)整，從而使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更清晰。將普通的點(diǎn)光源改為激光線狀光源或者利用丁達(dá)爾效應(yīng)，都是為了解決光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)中光路不可見的的問題。當(dāng)解決的關(guān)鍵問題后，也需要教師對(duì)改進(jìn)后的光學(xué)演示儀器做不斷的調(diào)式和改進(jìn)，抓住實(shí)驗(yàn)中操作的關(guān)鍵點(diǎn)，確保光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳熙謀.物理演示實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社，1982.

[2]陳雪.四個(gè)物理實(shí)驗(yàn)儀器的制作與改進(jìn)[J].中國教育技術(shù)裝備，2007（8）.

摘 要：實(shí)際光學(xué)教學(xué)中，光學(xué)的很多知識(shí)理論及結(jié)論都是在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后得出的，所以光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)非常重要。通過改變光源或利用丁達(dá)爾效應(yīng)，可以使光的直線傳播、光的反射、光的折射等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，從而突破光學(xué)教學(xué)難點(diǎn)，最終獲得理想的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：激光線狀光源;光的反射;光的折射

一、物理演示實(shí)驗(yàn)的作用

物理演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中起著積極的作用，成為物理教學(xué)中不可缺少的部分。物理演示實(shí)驗(yàn)可以將日常生活或生產(chǎn)實(shí)踐中不易觀察到的或人們習(xí)以為常而未引起注意的物理現(xiàn)象突出地顯現(xiàn)出來;將實(shí)際中表現(xiàn)得較為復(fù)雜的現(xiàn)象，在課堂演示的條件下分解出有意義的部分，并把它集中地顯示出來。因此，物理演示實(shí)驗(yàn)深受廣大師生的歡迎。

光學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)定律包括：光在均勻介質(zhì)中的直線傳播定律，光通過兩種介質(zhì)分界面時(shí)的反射定律和折射定律。

二、光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)存在的問題

1.效果不明顯

光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)，大多以普通激光筆作為光源，按照教材中的操作，在實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)光在空氣和水中傳播時(shí)，光路不可見，無法完成光的直線傳播、光的反射定律、光的折射定律等實(shí)驗(yàn)的演示，那么教師所講的一些光學(xué)知識(shí)就會(huì)成為紙上談兵。

2.儀器昂貴

如以He-Ne激光器作為光源，可以將一些光學(xué)實(shí)驗(yàn)很清楚地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，但是這些儀器往往價(jià)格比較昂貴，很多學(xué)校沒有這樣的儀器設(shè)備。利用常見的一些材料來代替這些高端的儀器是現(xiàn)階段教學(xué)中迫切需要的。

三、改進(jìn)光源，實(shí)現(xiàn)理想的實(shí)驗(yàn)效果

1.自制激光線光源

材料：普通激光電筒，直徑約為5mm細(xì)玻璃棒，單孔橡皮塞如圖1所示。

制作方法：用銼刀將細(xì)玻璃棒鋸下一小段，利用橡皮塞固定在激光手電筒前端，如圖2所示。當(dāng)按下激光手電筒的開關(guān)通電后，原來的激光由點(diǎn)光源變成線光源。改進(jìn)后的激光有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）光束強(qiáng)，可見度大;（2）是紅色單色光，如圖3所示，上方紅點(diǎn)是未改進(jìn)的普通激光，下方是改進(jìn)后的激光線光源;（3）價(jià)格便宜，制作方法簡單，可用初中幾何光學(xué)的所有實(shí)驗(yàn)。

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2.利用激光線光源完成光的反射實(shí)驗(yàn)

按照教材中的操作，在完成光的反射定律探究實(shí)驗(yàn)的過程中，最大的問題是光路不可見，當(dāng)采用了這種激光線光源后會(huì)清晰地看到光的反射現(xiàn)象。學(xué)生會(huì)清楚地看到光在放射時(shí)，反射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)，如圖4所示。如果在光屏上標(biāo)上角度后，就可以讓學(xué)生準(zhǔn)確地讀出入射角和反射角的大小，如圖5所示。同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)顯示反射光線的光屏，那么在光屏上將無法觀察到反射光線，說明了光反射時(shí)，入射光線、反射光線、法線在同一平面內(nèi)，如圖6所示。

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3.利用激光線光源完成光在玻璃磚中的折射實(shí)驗(yàn)

光在玻璃磚中的折射，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是比較難以完成的，當(dāng)我們改用激光線光源后，由于光束強(qiáng)，當(dāng)它進(jìn)入玻璃磚后，仍然可以在玻璃磚中看到清晰的折射光線，除此之外還可以看到最終射出玻璃磚后的光線會(huì)發(fā)生一小段的平移，如圖7所示。但是在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意不能讓激光線光源離玻璃磚過遠(yuǎn)，否則在玻璃磚中的折射光線將會(huì)變暗，不利于后排同學(xué)的觀察。

光在玻璃磚中的折射現(xiàn)象的光路圖是教學(xué)過程中的一個(gè)難點(diǎn)，如果沒有一個(gè)能讓學(xué)生直觀看清楚的演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)于七年級(jí)的學(xué)生來說，他們是很難做出正確的光路圖的。這個(gè)改進(jìn)后的演示實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生清楚地看到光在玻璃磚中的折射情況，不僅能幫助學(xué)生作出正確的光路圖，也能讓學(xué)生更好地理解光的折射原理。

四、利用丁達(dá)爾效應(yīng)完美演示光學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.丁達(dá)爾效應(yīng)

當(dāng)一束光線透過膠體，從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現(xiàn)的一條光亮的“通路”，這種現(xiàn)象叫丁達(dá)爾現(xiàn)象，也叫丁達(dá)爾效應(yīng)。實(shí)際證明：光通過懸濁液或者含有大量灰塵、霧氣的空氣時(shí)，也會(huì)發(fā)生丁達(dá)爾效應(yīng)。

2.“制作”丁達(dá)爾現(xiàn)象（以下用到的光源為未經(jīng)改裝過的激光筆）

（1）往尺寸為60cm*20cm*30cm的帶蓋玻璃箱中注入適量的水（半箱）。

（2）往水中滴入少量牛奶，略顯渾濁即可。（多次嘗試后，認(rèn)為發(fā)現(xiàn)水和牛奶的比例為1L：1ml左右時(shí)，現(xiàn)象最為明顯）

（3）請(qǐng)一位抽煙的男士，往水箱中噴入一口煙，然后迅速將水箱蓋合上。（這里實(shí)驗(yàn)用的煙也可以由熏香、蚊香制取：將玻璃蓋打開一條縫，用手將燃著的香伸入水箱，當(dāng)水箱內(nèi)部有明顯的煙霧時(shí)，將香抽出，并迅速將水箱蓋合上。蚊香在水箱里面放置的時(shí)間不宜過長，內(nèi)部氧氣含量有限，恐會(huì)產(chǎn)生一氧化碳。多方面考慮，還是噴入一口煙，最為安全、方便、快捷。）

3.利用丁達(dá)爾效應(yīng)演示光的直線傳播

光的傳播路線是怎樣的？這是學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)首先要解決的一個(gè)問題，如果我們能觀察到光沿直線傳播的路徑，學(xué)生會(huì)很容易地總結(jié)出光在同種均勻物質(zhì)中是沿直線傳播的?？此埔粋€(gè)簡單的原理，但是要把這個(gè)現(xiàn)象呈現(xiàn)在學(xué)生面前并不容易，而丁達(dá)爾效應(yīng)恰能幫助我們解決這個(gè)問題。利用上面已經(jīng)“制作”好的玻璃箱，從水箱側(cè)面，將光沿平行水面方向，打入水箱下半部分的水中如圖8所示。從水箱側(cè)面，將光沿平行水面方向，打入水箱上半部分的空氣中，如圖9所示。

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在這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，學(xué)生得出“光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播”這個(gè)結(jié)論就顯得水到渠成了。

4.利用丁達(dá)爾效應(yīng)完成光在水中的折射

在演示教材中光從空氣進(jìn)入水中的折射實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果按照教材中的操作，學(xué)生根本無法看到光路，巧妙利用丁達(dá)爾效應(yīng)就可以讓學(xué)生清楚地看到這個(gè)光的折射現(xiàn)象。利用上面已經(jīng)“制作”好的玻璃箱，在魚缸的上方用普通的激光筆照射，學(xué)生會(huì)清楚地看到光從空氣進(jìn)入水中時(shí)，光線的改變情況，如圖10所示。同樣的，也可以從魚缸底部用普通的激光筆照射，學(xué)生也可以清楚看到光線從水中進(jìn)入空氣中的現(xiàn)象，如圖11所示。

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在以上演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生就可以自然地歸納出光的折射定律的相關(guān)內(nèi)容，從而幫助他們利用光的折射規(guī)律解釋自然界的一些常見現(xiàn)象。

5.利用丁達(dá)爾效應(yīng)演示光的全反射現(xiàn)象

當(dāng)光線從水中進(jìn)入空氣時(shí)，由于折射角大于入射角，當(dāng)入射角達(dá)到某個(gè)值時(shí)（還未到90°），折射角就已經(jīng)達(dá)到90°，這時(shí)就沒有折射光，光全部都反射回水里了。這就是全反射現(xiàn)象。這個(gè)光的全反射實(shí)驗(yàn)在初中的教材中時(shí)不做要求的，但是在試題中，我們也會(huì)碰到這樣的題目，題干會(huì)對(duì)光的全反射知識(shí)做一定的介紹，然后再提出相應(yīng)的問題。我們做光的折射時(shí)用到的器材也完全可以完成光的全反射現(xiàn)象，那么我們也可以把這個(gè)實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)課外擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)光學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。完成該實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要在剛才完成的光從水中進(jìn)入空氣的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，調(diào)整入射角，即可實(shí)現(xiàn)光的全反射現(xiàn)象，操作簡單，實(shí)驗(yàn)效果明顯，如圖12所示。

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五、總結(jié)和收獲

光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)的重要途徑，光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的效果在很大程度上決定了光學(xué)教學(xué)的效果，所以想突破光學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)，教師必須加強(qiáng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的可視性，確保讓每位同學(xué)能清楚地觀察到光學(xué)現(xiàn)象。光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)不可能一蹴而就，需要教師在實(shí)驗(yàn)中不斷發(fā)現(xiàn)問題，針對(duì)問題做有效的調(diào)整，從而使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更清晰。將普通的點(diǎn)光源改為激光線狀光源或者利用丁達(dá)爾效應(yīng)，都是為了解決光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)中光路不可見的的問題。當(dāng)解決的關(guān)鍵問題后，也需要教師對(duì)改進(jìn)后的光學(xué)演示儀器做不斷的調(diào)式和改進(jìn)，抓住實(shí)驗(yàn)中操作的關(guān)鍵點(diǎn)，確保光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的效果。

參考文獻(xiàn)：

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