進(jìn)激光器整合初中光學(xué)實(shí)驗(yàn)

丁振武 張洪明

初中物理光現(xiàn)象為學(xué)生打開了五彩繽紛的光世界大門，其中包括光的直線傳播、光的反射和光的折射現(xiàn)象.在實(shí)際教學(xué)中，教師運(yùn)用如圖1所示的儀器進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)，效果并不理想.該儀器優(yōu)點(diǎn)是可以清晰呈現(xiàn)光的傳播路徑，也可以發(fā)出平行光，結(jié)論精確，但該儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、線狀平行光的調(diào)節(jié)上難度較大，光路也較固化，使用時(shí)要輕拿輕放，而且攜帶不便價(jià)格比較貴.基于以上的原因，筆者設(shè)計(jì)如圖2所示的激光器，并與學(xué)校已有的光學(xué)儀器結(jié)合使用，完成初中光學(xué)部分實(shí)驗(yàn).

1激光器

1.1器材

電壓為3 V的電源、二極管五個(gè)及對(duì)應(yīng)的五個(gè)控制開關(guān)，細(xì)玻璃棒一根.

1.2優(yōu)點(diǎn)

（1）二極管發(fā)光通過細(xì)玻璃棒，使原本發(fā)出的激光點(diǎn)轉(zhuǎn)變成了線狀的光線，這樣不受物體表面的凸凹程度影響，可以清晰地觀察到光在平面上的傳播路徑，實(shí)驗(yàn)效果極佳.

（2）可發(fā)出最多五條平行光，教學(xué)中可根據(jù)需要選擇.

（3）背面貼有磁鐵，可以吸在黑板上，易于實(shí)驗(yàn)控制和操作.

（4）能配合學(xué)校已有光學(xué)元件使用，節(jié)約資源.

1.3用途

在教學(xué)中，可用于光的直線傳播演示、光的反射（鏡面反射和漫反射）演示、光的折射演示、潛望鏡的光路演示、凸面鏡和凹面鏡對(duì)光線的作用演示、三棱鏡的折射演示、凸透鏡和凹透鏡對(duì)光線的作用演示、眼睛的視力矯正演示、全反射現(xiàn)象演示.

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)例舉

2.1演示光的直線傳播現(xiàn)象

將激光器吸在黑板上或放在其他平面上，清晰呈現(xiàn)光在空氣中沿直線傳播.再讓激光射入玻璃中和水中（借助塑料板見圖3），說明光在其他均勻介質(zhì)中也是沿直線傳播的.

2.2演示光的反射現(xiàn)象.

（1）演示“三線共面”，在此問題上，筆者認(rèn)為應(yīng)先驗(yàn)證反射光線和入射光線共面.先讓兩條光線呈現(xiàn)在演示器上（圖4），反射光線呈現(xiàn)在左右兩個(gè)板上，然后將右側(cè)板向后折，看不到此板上的反射光線，而入射光線和部分反射光線應(yīng)呈現(xiàn)在左側(cè)板上，由此更能說明反射光線和入射光線具有共面性.為了便于研究問題，在此面上引入了法線，所以說“三線共面”.

初中物理光現(xiàn)象為學(xué)生打開了五彩繽紛的光世界大門，其中包括光的直線傳播、光的反射和光的折射現(xiàn)象.在實(shí)際教學(xué)中，教師運(yùn)用如圖1所示的儀器進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)，效果并不理想.該儀器優(yōu)點(diǎn)是可以清晰呈現(xiàn)光的傳播路徑，也可以發(fā)出平行光，結(jié)論精確，但該儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、線狀平行光的調(diào)節(jié)上難度較大，光路也較固化，使用時(shí)要輕拿輕放，而且攜帶不便價(jià)格比較貴.基于以上的原因，筆者設(shè)計(jì)如圖2所示的激光器，并與學(xué)校已有的光學(xué)儀器結(jié)合使用，完成初中光學(xué)部分實(shí)驗(yàn).

（2）演示“兩角相等”，可借助此演示器直接讀出角度大?。ㄒ妶D5），也可以在黑板上畫出三條線再用量角器量出角度大小.

（3）演示“光路可逆性”，在白紙上演示可增強(qiáng)光路的可視性 （見圖6）.先確定兩條光線的位置，然后沿反射光線入射發(fā)現(xiàn)光線從原來的入射光線射出，得出光的反射現(xiàn)象中光路具有可逆性.

（4）演示“鏡面反射”和“漫反射”，（見圖7）使光路真實(shí)顯現(xiàn)，有助學(xué)生深入理解兩種反射的區(qū)別.

2.3演示光的折射現(xiàn)象

（1）演示“三線共面”，先驗(yàn)證折射光線和入射光學(xué)共面.讓半圓形的玻璃磚吸在演示器上，光經(jīng)過玻璃磚后傳播方向發(fā)生改變，讓折射光線呈現(xiàn)在左右兩塊板上，將右側(cè)板向后折未見得折射光線（圖8），說明 “兩線共面”.法線也是作為輔助線出現(xiàn)在此面上的，所以光的折射中“三線共面”.

（2）演示“兩角”的大小關(guān)系.由于初中光學(xué)不要求“兩角”大小的定量關(guān)系，所以只需研究光從一種介質(zhì)到另一種介質(zhì)時(shí)，折射角與入射角的定性關(guān)系.以光從空氣（或玻璃）到玻璃（或空氣）折射現(xiàn)象為例（見圖9），探究“兩角”的大小關(guān)系.通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也可得出，在發(fā)生光的折射時(shí)也發(fā)生光的反射現(xiàn)象.

（3）演示“光路可逆性”，與研究光的反射中光路可逆性相似.

2.4透鏡對(duì)光線的作用和視力的矯正

（1）探究透鏡對(duì)光線的作用.通過如圖10的直觀演示，學(xué)生可輕松得出凸透鏡對(duì)光線的會(huì)聚作用和凹透鏡對(duì)光線的發(fā)散作用，通過光路圖可以確定透鏡的焦點(diǎn)和焦距.再讓激光從其中的一條折射光線入射，光線沿原入射光線射出，說明光路的可逆性.讓激光從其它角度射入透鏡的光心，光線不偏折，生動(dòng)直觀地演示透鏡作圖時(shí)需要的三條特殊光線，對(duì)學(xué)生完成透鏡作圖問題有非常大的幫助.

（2）視力的矯正.眼睛與照相機(jī)的關(guān)鍵區(qū)別是：眼睛的晶狀體曲率可以調(diào)節(jié)，即晶狀體的焦距可變.通過圖11的實(shí)驗(yàn)，不僅能說明凸透鏡凸度越大對(duì)光的折射能力越強(qiáng)，焦距越短，還能得出近視眼的眼球缺陷原因及矯正方法.通過圖12的實(shí)驗(yàn)得出遠(yuǎn)視眼的眼球缺陷原因及矯正方法.

3課外拓展實(shí)驗(yàn)

（1）凸面鏡和凹面鏡對(duì)光線的作用（見圖13）.

（2）全反射現(xiàn)象（見圖14）.

（3）光線經(jīng)過兩邊平行的玻璃磚時(shí)的折射現(xiàn)象（見圖15）.