“擋板”的變形計(jì)

黃全

摘要：對于影子、日月食及小孔成像的原理，學(xué)生會機(jī)械地說出是因?yàn)楣庋刂本€傳播.但實(shí)際很多學(xué)生并沒有真正理解為什么是因?yàn)楣庋刂本€傳播.在本文中，筆者通過擋板的幾種變形，巧妙地設(shè)置了各種學(xué)生活動(dòng)，讓學(xué)生在輕松愉悅的環(huán)境中真正從光路的形成角度理解了這三種現(xiàn)象的形成原理.

關(guān)鍵詞：影子；日月食；小孔成像；光沿直線傳播

影子的形成，日食月食的形成以及小孔成像，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生都是因?yàn)楣獾闹本€傳播.不管在哪個(gè)版本的教材中，這些現(xiàn)象都是教學(xué)重難點(diǎn)，特別是在北師大版本中，還特意強(qiáng)調(diào)了日月食形成的光路圖，不僅要求學(xué)生理解它們的形成原理，還要明白它們的形成過程.而這三種現(xiàn)象中，影子是隨處可見的；日月食是遠(yuǎn)在天邊的；小孔成像是難得一見的；筆者發(fā)現(xiàn)雖然它們是三個(gè)獨(dú)立的現(xiàn)象，但卻又聯(lián)系緊密，本文將講解如何利用幾塊非常常見的擋板，由身邊最簡單易懂的現(xiàn)象“影子”入手，慢慢過渡到日月食和小孔成像，由近及遠(yuǎn)，由淺入深，從現(xiàn)象到原理，從已知到未知，讓學(xué)生經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中歸納科學(xué)規(guī)律的過程，搞清知識的來龍去脈，真正做到從生活中來，到生活中去.

1影子的形成

借助幾塊擋板，教師設(shè)置以下三個(gè)情境，情境一（如圖1）：用手電筒照亮墻壁；情景二（如圖2）：在手電筒和墻壁之間放置兩塊擋板，兩擋板之間開一個(gè)大口；情景三（如圖3）：在手電筒和墻壁之間放置一塊擋板；在這三個(gè)情境中，要求同學(xué)們利用光路圖畫出手電筒能照亮墻壁的哪些范圍.通過這三個(gè)情境的設(shè)置，一是能加強(qiáng)練習(xí)光路圖的規(guī)范畫法，二是能順利過渡到影子的形成原理.

演示上述情境三中檔板形成的影子，用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象去驗(yàn)證影子形成的原理，更有助于學(xué)生的理解.

請學(xué)生展示有趣的手影游戲，通過做游戲的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情.

將擋板換成球，如圖4、5所示，接著通過實(shí)驗(yàn)展示球影，并點(diǎn)撥提問：如果將光源換成發(fā)光的太陽，將球換成月球或地球，又會有什么現(xiàn)象？自然地過渡到日食和月食的形成.

2日食和月食

日食和月食現(xiàn)象，它不像影子一樣是隨處可見的，是比較罕見的現(xiàn)象，而且離大家很“遠(yuǎn)”，但也正因?yàn)樗南∑?，會使同學(xué)們對這種現(xiàn)象更加感興趣.所以在進(jìn)行這部分的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)激起學(xué)生們的好奇心，然后如何把這種“遠(yuǎn)在天邊”的現(xiàn)象拉到學(xué)生身邊去親身體驗(yàn)它是教師該思考的問題.尋找日食和月食與影子的共同點(diǎn)，會發(fā)現(xiàn)日食的形成實(shí)際是因?yàn)榈厍虻哪骋粎^(qū)域落在了月球的影子里，月食的形成實(shí)際是因?yàn)樵虑蛉炕蛘卟糠致湓诘厍虻挠白永铮纬稍砼c影子的形成原理是一樣的，都是因?yàn)楣庋刂本€傳播.所以教師如果能從影子形成的角度過渡到日月食形成的原因，學(xué)生會更容易理解.

21設(shè)置學(xué)生活動(dòng)，讓學(xué)生親身經(jīng)歷日食月食的形成過程

先觀看一個(gè)簡短的視頻讓學(xué)生對天體的轉(zhuǎn)動(dòng)有個(gè)直觀的認(rèn)識，地球繞著太陽轉(zhuǎn)，月亮繞著地球轉(zhuǎn)，那么當(dāng)三個(gè)星球轉(zhuǎn)動(dòng)到同一直線上時(shí)會如何？而后請三個(gè)學(xué)生上來，一個(gè)手拿“太陽”（實(shí)際是將手電筒塞入了一個(gè)大球里）扮演太陽的角色，一個(gè)手拿“月球”（實(shí)際是一個(gè)橙子）扮演月亮的角色，一個(gè)手拿“地球”（實(shí)際為一個(gè)玩具氣球）扮演地球的角色.請這三個(gè)學(xué)生模擬三個(gè)星球運(yùn)動(dòng)到同一直線上時(shí)的情況.通過這三個(gè)學(xué)生的活動(dòng)，相當(dāng)于是讓全體學(xué)生親身參與了日月食的形成過程，將這個(gè)遠(yuǎn)在天邊又充滿了神秘感的現(xiàn)象帶到了學(xué)生身邊。滿足了學(xué)生們的好奇心，激發(fā)了學(xué)生們的興趣和熱情，也使學(xué)生們能更直觀形象地理解日月食的形成實(shí)際上也是光的直線傳播.

22利用多媒體，理解幾種日食的形成原理

說到如何講解日食的形成原理，筆者一開始想到直接搬出圖6這幅圖片，對照圖片講清四個(gè)區(qū)域：本影區(qū)域、兩個(gè)半影區(qū)域、偽半影區(qū)域.但后來發(fā)現(xiàn)這樣的講解一方面講得過多過難，另一方面沒有順應(yīng)學(xué)生的思維過程.在前面的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的理解能力還停留在由點(diǎn)光源畫出的兩條臨界光線中，而太陽是個(gè)發(fā)光的物體，由它所畫出的臨界光線有四條.所以直接講解這幅原理圖是不妥的，教師應(yīng)順應(yīng)學(xué)生的思維發(fā)展過程，慢慢由兩條光線過渡到四條光線.

設(shè)計(jì)一：根據(jù)光沿直線傳播的原理，由太陽的邊緣畫出兩條臨界光線，人眼在圖7所示的區(qū)域時(shí)，所有的光都被擋住了，所以在這個(gè)區(qū)域看不到整個(gè)太陽，形成日全食.

設(shè)計(jì)二：將人眼移至圖8所示的區(qū)域，根據(jù)光由直線傳播的原理畫出如圖8所示的光路圖，由這個(gè)光路圖，學(xué)生可以清晰地認(rèn)識到黑影部分的光是被擋住了的，所以看不到下面這部分太陽，看到的是日偏食.再由圖8過渡到圖9，進(jìn)一步講解了能看到日偏食的區(qū)域范圍.

設(shè)計(jì)三：有了設(shè)計(jì)二這部分的教學(xué)，當(dāng)教師將圖片過渡圖10和圖11時(shí)，學(xué)生已經(jīng)能自發(fā)地理解這是另一個(gè)能看到日偏食的區(qū)域.

設(shè)計(jì)四：教師進(jìn)行點(diǎn)撥提問：如果地球離月球比較遠(yuǎn)，剛好轉(zhuǎn)至如圖12所示的位置時(shí)，那么根據(jù)前面所學(xué)的知識，人眼在圖示的位置又將能看到什么現(xiàn)象呢？由光沿直線傳播的原理畫出圖示的光路，學(xué)生很輕易地就得出了在此區(qū)域只能看到太陽的邊緣，也就是所說的日環(huán)食.在這整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，回避了地理知識，至始至終只是在強(qiáng)調(diào)一個(gè)知識點(diǎn)，那就是光沿直線傳播.

3小孔成像

回歸到形成影子時(shí)的擋板，引出一個(gè)問題：如果擋板上有個(gè)小孔，會有什么現(xiàn)象？如果是點(diǎn)光源照向小孔會有什么現(xiàn)象？如果將點(diǎn)光源換成發(fā)光的燭焰又會有什么現(xiàn)象？隨著問題的一步步深入，由圖13到圖15，這塊多變的擋板將問題由影子的形成很自然地過渡到了小孔成像.而且這些問題和情境的設(shè)置會引發(fā)學(xué)生們強(qiáng)烈的好奇心和求知欲望.

31通過小孔成像的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，總結(jié)成像特點(diǎn)

小孔成像的實(shí)驗(yàn)是比較容易成功的，所以通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生總結(jié)成像特點(diǎn)會更簡單，更形象，也更能說明問題.像的正倒，大小和虛實(shí)都可以通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展示出來.

32由現(xiàn)象回歸到原理

上述圖14中已明了由于光沿直線傳播，點(diǎn)光源通過小孔后在對面光屏上會有一個(gè)亮斑.把發(fā)光的燭焰看成是由無數(shù)個(gè)點(diǎn)組成的，為了讓學(xué)生更好地理解成像原理，可以先分析燭焰最上面和最下面兩個(gè)點(diǎn)的成像情況.從原理圖16中不難

看出上面的點(diǎn)在光屏的下方形成一亮斑，下面的點(diǎn)在光屏的上方形成一亮斑.這就很巧妙地解釋了為什么是倒立的像.而后再分析燭焰上每個(gè)點(diǎn)都會對應(yīng)有一個(gè)亮斑在光屏上，無數(shù)個(gè)亮斑組合在一起就構(gòu)成了一個(gè)倒立的燭焰的像.

幾塊普通的擋板，擋在光源前會看到影子的形成；如果將擋板變成球體，又能模擬出日月食的現(xiàn)象；在擋板上鉆一小孔，還能看到令人意想不到的小孔成像現(xiàn)象.這些不起眼的擋板在本堂課中發(fā)揮了神奇的作用.而擋板在生活中又是極為常見的器材，更是將物理貼近了生活，還有什么比從生活中取材實(shí)驗(yàn)更能讓學(xué)生驚喜和驚奇的呢？除了擋板外，其它的實(shí)驗(yàn)器材都不是高擋貴重的器材，全都是生活中常見又經(jīng)濟(jì)的東西，比如用來模擬三個(gè)天體的球體分別是燈罩、橙子和玩具球.這樣能讓學(xué)生深刻體會到其實(shí)物理實(shí)驗(yàn)就在我們身邊，所有的東西中都蘊(yùn)含有物理知識，激發(fā)學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)物理.