光的直線傳播實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

李金華

摘 要：針對光的直線傳播實(shí)驗(yàn)中，探究光在三種不同狀態(tài)的物質(zhì)中傳播不明顯的現(xiàn)象，以及小孔成像的演示過程的不足，提出了自己的改進(jìn)想法，并對一些實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn)后的自制教具。

關(guān)鍵詞：光的直線傳播；演示實(shí)驗(yàn)；改進(jìn)；設(shè)想

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）2-0060-2

光的直線傳播是蘇科版物理八年級上冊光現(xiàn)象第三節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，教材中安排了探究光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的教學(xué)。實(shí)驗(yàn)中筆者發(fā)現(xiàn)探究“光在不同狀態(tài)物質(zhì)中傳播”時現(xiàn)象很不明顯。在接下來研究小孔成像時，又發(fā)現(xiàn)不好演示改變孔的形狀和大小來觀察像的變化，而且所成像亮度太暗，觀察效果差。針對以上不足，筆者對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了部分改進(jìn)和制作，下面從三個方面分析筆者的嘗試和設(shè)想，以給大家一些啟示。

1 探究光的直線傳播實(shí)驗(yàn)的常用方法分析

1.探究光在三種不同狀態(tài)的物質(zhì)中傳播時，我們常采用以下的一些做法：①為觀察光在空氣中的傳播情況，常在燃燒皿燃燒碎紙片產(chǎn)生煙霧，讓激光束穿過煙霧來觀察；②要觀察光在液體中的傳播情況，會選用清水（或有顏色的水），讓激光束穿過清水（或有顏色的水）來觀察；③觀察光在固體中的傳播情況，常選一塊長方體玻璃磚，讓激光束穿過玻璃磚來觀察。

2.探究光在不均勻介質(zhì)中傳播時，常選用盛有清水的大玻璃容器，往里面不斷加入食鹽，使上下面呈現(xiàn)出不同的濃度，然后觀察激光束斜穿過不同濃度鹽水的傳播情況。

3.教學(xué)時為幫助學(xué)生進(jìn)一步理解小孔成像現(xiàn)象，常選用易拉罐，半透明膜、蠟燭等器材，設(shè)計(jì)如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置：將易拉罐上部去掉，用黑漆將其內(nèi)壁涂黑，并用鋼針在底部中心打一小孔，把薄膜固定在罐的上部，點(diǎn)燃蠟燭，讓小孔正對蠟焰，移動罐到燭焰的距離，直到薄膜上出現(xiàn)燭焰的像。

在教學(xué)實(shí)踐中，筆者嘗試做了這些實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)它們存在不足之處。例如：看不清楚光在媒體中傳播的路徑。光在鹽水中傳播時路徑的彎曲不明顯。小孔成像的觀察效果差等。

2 對教材中光沿直線傳播實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施

筆者對這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下的改進(jìn)：

實(shí)驗(yàn)1：選用一個長方形玻璃容器，上面加蓋一張硬紙板，在其中間用鋼針打個小孔，用細(xì)線把蚊香吊在容器的中央（如圖2）。點(diǎn)燃蚊香一會兒，待容器中充滿濃煙時，讓激光束穿過充滿濃煙的容器，可清晰觀察到光在空氣中沿直線傳播。

實(shí)驗(yàn)2：同樣選用一個長方形玻璃容器，在里面加一大半水，滴入幾滴牛奶，用玻璃棒攪拌均勻后靜置一會兒，用激光束沿水平方向穿過水中，可清楚觀察到光在水中沿直線傳播。

實(shí)驗(yàn)3：選擇一面經(jīng)過打磨的毛玻璃來做實(shí)驗(yàn)，讓激光束緊貼著其內(nèi)表面?zhèn)鞑ィ蜻x用較大的果凍來做實(shí)驗(yàn)，讓激光束穿過果凍，都能明顯看出光在玻璃和果凍中沿直線傳播，如圖3。

3

實(shí)驗(yàn)4：選一個較大的長方形玻璃水槽，將事先配好的四杯濃度不同的糖水，按照濃度等比例從大到小倒入水槽中，靜置一會兒。由于各層糖水間相互混合，水槽內(nèi)形成了從上到下濃度逐漸變大的不均勻的糖水。將一束激光從透明水槽側(cè)面沿75°左右的入射角，由最上層溶液斜向下射入糖水中，可觀察到激光在不均勻糖水中的傳播路徑是向下彎曲。做此實(shí)驗(yàn)時，可同時做一個對照實(shí)驗(yàn)，用激光束斜射入均勻的蔗糖溶液中，讓學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)光的傳播路徑仍是直線。

實(shí)驗(yàn)5：在研究小孔成像實(shí)驗(yàn)時，筆者試著制作這樣一個研究裝置。制作方法如下（圖4）：①選用葡萄酒包裝盒做框架，把其四壁用墨水涂黑（作為暗箱）；②選用16只紅色LED發(fā)光二極管組成“F”形，作為光源（標(biāo)號1）；③選用廢舊的鐵皮做成兩塊長方形，成垂直方向固定，在一塊中間開一個比較大的孔（直徑大約6 mm）（標(biāo)號2）；④另選一塊作為導(dǎo)軌承載帶小孔的板和物體，用粗導(dǎo)線固定在導(dǎo)軌上；⑤剪一小塊鐵皮，開三個不同形狀的孔（圓形、三角形和六邊形），然后將小鐵皮固定在開有大孔的鐵皮上（一個點(diǎn)固定，可以旋轉(zhuǎn)，使三個小孔剛好都能經(jīng)過大孔）（標(biāo)號3）；⑥撬開葡萄酒包裝盒底面一側(cè)，安裝毛玻璃，作為光屏承接小孔所成的像（標(biāo)號4）。

實(shí)驗(yàn)時閉合開關(guān)使二極管發(fā)光組成“F”形，移動拉線桿調(diào)節(jié)像與物到小孔的距離，觀察毛玻璃上像的正倒和大小變化，撥動小鐵片改變小孔形狀，研究小孔成像與小孔形狀的具體關(guān)系。

3 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和設(shè)想

經(jīng)過上述改進(jìn)后，有如下特點(diǎn)：

1.學(xué)生對改進(jìn)后展現(xiàn)出來的現(xiàn)象表現(xiàn)出更強(qiáng)烈的好奇和興趣，實(shí)驗(yàn)真正達(dá)到從學(xué)生的生活體驗(yàn)出發(fā)，能讓每個學(xué)生都能親自參與體驗(yàn)，獨(dú)立地去探索，充分發(fā)揮他們的時間和空間，激發(fā)起他們的創(chuàng)新潛能，從而獲得豐富的感性體驗(yàn)。

2.實(shí)驗(yàn)所用的器材都來自于生活，很容易獲取，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程操作安全、方便，充分體現(xiàn)了從生活走向物理，從物理走向社會的新課程理念。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較以前更加明顯，即使在光線充足的白天課堂上也能看得很清楚，有利于學(xué)生對光沿直線傳播知識的理解，更方便教師對實(shí)驗(yàn)過程作出科學(xué)的解釋。例如：選用LED發(fā)光二極管組成的“F”形研究小孔成像時，其發(fā)光亮度高，受外界光線影響小。課堂演示時，很容易比較像與物的上下位置和左右關(guān)系。這是用燭焰做該實(shí)驗(yàn)達(dá)不到的，通過移動小鐵片改變小孔的形狀，為接下去的實(shí)驗(yàn)探究提供了方便。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)在顯示其新穎性的同時，也產(chǎn)生新的不足：在研究小孔成像時，展示小孔成像的大小隨物距和像距變化的實(shí)驗(yàn)推理過程，一定程度上增加了教學(xué)的難度。選用糖水研究光在不均勻介質(zhì)中傳播，更需在課前就要配好不同濃度的糖水，靜置好幾個小時，操作技術(shù)要求高，給實(shí)驗(yàn)操作上帶來了一定的困難。

總之，在探究物理實(shí)驗(yàn)時，我們要善于引導(dǎo)學(xué)生利用身邊的物品，改進(jìn)出最簡單和直觀的實(shí)驗(yàn)器材，為每個學(xué)生動手參與實(shí)驗(yàn)探究提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)，調(diào)動他們從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”的學(xué)情轉(zhuǎn)變，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]林宜平.淺談演示光的直線傳播[J].物理通報(bào)，2000，（5）：36.

[2]郭衛(wèi)東.低成本物理實(shí)驗(yàn)的巧妙設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].物理教學(xué)探討，2012，（7）：3.

（欄目編輯 王柏廬）